Новости

В Лаборатории фотоники и оптической обработки информации Института лазерных и плазменных технологий НИЯУ МИФИ под руководством научного руководителя лаборатории, профессора Н.Н. Евтихиева разработана уникальная оптико-цифровая система кодирования изображений, видеопотоков и цифровых данных.

Комбинирование электронных и фотонных технологий является сегодня одним из передовых направлений развития средств передачи и обработки информации.

Именно тут сотрудникам НИЯУ МИФИ удалось добиться успеха, создав сверхскоростную и высокозащищённую оптико-цифровую систему кодирования. 

Выглядит работа этой системы примерно так. Как известно, любой компьютерный файл, по сути, есть совокупность единиц и нулей.

Для осуществления оптического кодирования информации необходимо вначале «визуализировать», а точнее, представить файл в виде пространственного сигнала, для чего используется так называемый «пространственно-временной модулятор света», который выглядит как небольшой полупрозрачный или отражающий экран.

На этом экране содержимое файла отображается в виде совокупности тёмных и светлых точек (вариантом такого представления является QR-код).

Оригинальный алгоритм, оптимально представляющий цифровую информацию в виде совокупности пикселов, в разработанной системе создан инженером кафедры лазерной физики НИЯУ МИФИ кандидатом физико-математических наук Анной Шифриной.

Экран освещается лазерным излучением. Свет, проходящий через экран с помощью системы линз, попадает на второй модулятор, на котором голографическим методом представлен кодирующий ключ.

Таким образом цифровая информация последовательно получает оптическое «воплощение» и уже в таком виде подвергается кодированию.

На выходе у системы мы получаем изображение совокупности бесформенных пятен, которые и являются закодированным визуальным представлением исходной информации.

Эти пятна можно сфотографировать цифровой камерой (разумеется, это должно быть сделано с высоким разрешением и малыми шумами), и дальше передать фотографию по каналу связи вашему партнеру, не опасаясь, что по дороге она будет перехвачена третьими лицами.

У корреспондента в компьютере должен быть ключ к шифру, с помощью которого он из переданного изображения бесформенных пятен путём расчёта сможет извлечь первоначальное сообщение.

Методы представления ключа и регистрации выходного светового распределения системы, а главное, алгоритмы восстановления данных разработаны сотрудниками лаборатории к.ф.-м.н. Виталием Красновым и к.ф.-м.н. Павлом Черёмхиным.

Зачем нужна такая сложная, «многоэтажная» система? Затем же, зачем вообще нужны системы шифрования, но, как поясняет Павел Черёмхин, разработка НИЯУ МИФИ обладает двумя важными преимуществами.

Во-первых, высокой производительностью: обработка и кодирование информации могут осуществляться со скоростью во многие десятки гигабит в секунду.

Второе преимущество связано с первым: у системы очень низкая криптографическая уязвимость, поскольку в ней используется ключ, размеры которого измеряются многими килобайтами.

По словам заведующего лабораторией профессора Ростислава Старикова, стойкость к взлому разработанной системы кодирования сопоставима с аналогичными показателями систем квантового шифрования - с той, однако, разницей,

что реально работающих систем на основе квантового кодирования в широкой практике пока не существует из-за уникальности используемой при их построении элементной базы; в разработанной же оптической системе используются относительно недорогие массово доступные элементы.

Для испытания криптостойкости разработанной в НИЯУ МИФИ системы специально проводят испытательные «хакерские» атаки на нее с использованием нейросетевых методов - но разработка пока что успешно выдерживает испытания.

Для создания нового «кодировщика» учёным понадобилась не только разработка математических алгоритмов, но и хорошее знание того, как работают оптические системы, включая и понимание природы искажений, которые претерпевает «оптическая» информация внутри технических систем.

По словам Ростислава Старикова, в основу разработки положены идеи, выдвинутые ещё в 1990-х - 2000-х годах несколькими исследовательскими группами в мире; в частности, в России первые исследования в этом направлении выполнены именно в МИФИ.

По-настоящему же реализовать подобные системы стало возможным только теперь, когда электронные и оптические технологии, а также компьютерная техника достигли достаточного уровня развития.

Сотрудники лаборатории уверены, что созданная оптико-цифровая система может стать бизнес-проектом, для которого стоило бы поискать инвесторов.

Информация предоставлена Национальным исследовательским ядерным университетом МИФИ

Лаборатория оптической обработки информации Института лазерных и плазменных технологий НИЯУ МИФИ. Источник: МИФИ