Protegendo a comunicação leve com objetos aleatórios

17 de julho de 2023

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por KW Wesselink, Universidade de Twente

Pesquisadores do grupo Complex Photonic Systems (COPS) usaram duas camadas de materiais aleatórios para criptografar e descriptografar uma mensagem enviada por meio de comunicação luminosa. Com isso, ocultaram o emissor e o receptor simultaneamente, e somente quando a luz passou pelas duas camadas a mensagem foi recebida.

A equipe de pesquisa publicou suas descobertas na revista Optics Express e acredita que esta prova de conceito tem aplicações em sistemas de comunicação de luz visível, fidelidade de luz (LiFi) e comunicações de fibra óptica.

Numa era em que a informação digital é a força vital do nosso mundo interligado, garantir a sua segurança é fundamental. A criptografia desempenha um papel vital na proteção de nossos dados, transformando uma mensagem simples em um padrão complexo e depois convertendo-a novamente, tornando-a indecifrável se a mensagem for interceptada no meio.

À medida que a tecnologia avança a um ritmo sem precedentes, o futuro da comunicação reside no domínio da luz visível. Mas como podemos garantir a segurança desta forma de comunicação de ponta?

Surpreendentemente, a solução pode ser encontrada em objetos do cotidiano. Pesquisadores da Universidade de Twente, em colaboração com especialistas da Universidade Técnica de Eindhoven e da inovadora empresa Signify (anteriormente conhecida como Philips Lighting), demonstraram que materiais aleatórios – como uma camada de tinta, um pedaço de papel ou um difusor de vidro - aumente o sigilo da comunicação da luz embaralhando a mensagem.

Quando a luz atravessa esses materiais aleatórios, ela se espalha em múltiplas direções, criando um padrão intrincado conhecido como padrão pontilhado. Esse mesmo padrão se torna a base da criptografia.

Essa criptografia segue o conceito de função física não clonável (PUF). Um PUF é um objeto tão complexo que não pode ser copiado com as tecnologias atuais. Se um PUF for usado como chave de criptografia, apenas a chave correta – que não pode ser clonada – poderá acessar as informações. Nesse caso, a chave é o objeto aleatório e a informação é o padrão pontilhado.

Pesquisadores do grupo Complex Photonic Systems (COPS) levaram esse conceito ainda mais longe. Em vez de usar uma única chave para criptografar a mensagem, eles usam duas camadas de mídia aleatória como chaves duplas. Com isso, ocultam o remetente e o destinatário simultaneamente, e somente quando a luz passa pelas duas teclas a mensagem é recebida. Qualquer bisbilhoteiro malicioso que tentasse interceptar a mensagem em trânsito seria confrontado com uma mistura sem sentido de padrões aleatórios, totalmente sem relação com a mensagem original.

Além disso, o sigilo é reforçado pela redundância do sistema. O sistema proposto baseia-se na modulação da luz incidente através de um dispositivo semelhante a um projetor de tela (ou beamer) no emissor. Como os materiais aleatórios são tão complexos, existem milhares de maneiras diferentes de modular a luz, resultando na mesma mensagem, enquanto altera o padrão aleatório entre as duas chaves. Se o remetente estiver alternando constantemente entre as diferentes modulações, um invasor no meio será sobrecarregado com padrões aleatórios, enquanto o receptor não será afetado por eles.

O artigo, "Segredo aprimorado em comunicação óptica usando manchas de múltiplas camadas de dispersão", de Alfredo Rates, Joris Vrehen, Bert Mulder, Wilbert L. Ijzerman e Willem L. Vos, aparece na Optics Express. Os dados utilizados para a publicação estão disponíveis na base de dados Zenodo