임의의 물체와의 광통신 보호

2023년 7월 17일

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작성자: KW Wesselink, 트벤테 대학교

COPS(복합 광자 시스템) 그룹의 연구원들은 두 층의 무작위 재료를 사용하여 광 통신을 통해 전송된 메시지를 암호화하고 해독했습니다. 이를 통해 발신자와 수신자를 동시에 숨기고, 빛이 두 레이어를 모두 통과해야만 메시지를 수신하게 됩니다.

연구팀은 연구 결과를 Optics Express 저널에 발표했으며 이 개념 증명이 가시광 통신 시스템, 광 충실도(LiFi) 및 광섬유 통신에 응용될 수 있다고 믿습니다.

디지털 정보가 상호 연결된 세계의 생명선인 시대에는 보안을 보장하는 것이 무엇보다 중요합니다. 암호화는 데이터를 보호하는 데 중요한 역할을 합니다. 간단한 메시지를 복잡한 패턴으로 바꾼 다음 다시 변환하여 메시지가 중간에 가로채면 해독할 수 없도록 만듭니다.

기술이 전례 없는 속도로 발전함에 따라 통신의 미래는 가시광선의 영역에 달려 있습니다. 하지만 이 최첨단 통신 형태의 보안을 어떻게 보장할 수 있습니까?

놀랍게도 그 해결책은 일상의 물건에서도 찾을 수 있습니다. 트벤테 대학의 연구원들은 아인트호벤 기술 대학 및 혁신적인 Signify 회사(이전의 Philips Lighting)의 전문가들과 협력하여 페인트 층, 종이 조각 또는 유리 디퓨저 - 메시지를 뒤섞어 빛 통신의 비밀을 강화합니다.

빛이 이러한 임의의 물질을 통과할 때 여러 방향으로 산란되어 반점 패턴으로 알려진 복잡한 패턴을 만듭니다. 바로 이 패턴이 암호화의 기초가 됩니다.

이 암호화는 PUF(물리적 복제 해제 기능) 개념을 따릅니다. PUF는 너무 복잡해서 현재 기술로는 복사할 수 없는 객체입니다. PUF가 암호화 키로 사용되는 경우 복제 해제가 불가능한 올바른 키만 정보에 액세스할 수 있습니다. 이 경우 키는 랜덤 객체이고 정보는 스펙클 패턴입니다.

COPS(복합 광자 시스템) 그룹의 연구원들은 이 개념을 더욱 발전시켰습니다. 단일 키를 사용하여 메시지를 암호화하는 대신 두 계층의 임의 미디어를 이중 키로 사용합니다. 이를 통해 발신자와 수신자를 동시에 숨기고 빛이 두 키를 모두 통과해야만 메시지가 수신됩니다. 전송 중인 메시지를 가로채려는 악의적인 도청자는 원본 메시지와 전혀 관련이 없는 무작위 패턴의 무의미한 혼합에 직면하게 됩니다.

또한 시스템의 이중화로 인해 기밀성이 강화됩니다. 제안된 시스템은 송신측의 스크린 프로젝터(또는 비머)와 유사한 장치를 사용하여 입사광을 변조하는 것을 기반으로 합니다. 무작위 재료는 매우 복잡하기 때문에 빛을 변조하는 방법이 수천 가지이므로 두 키 사이의 무작위 패턴을 변경하면서 동일한 메시지가 생성됩니다. 발신자가 서로 다른 변조 사이를 지속적으로 전환하는 경우 중간에 있는 공격자는 무작위 패턴에 압도당하지만 수신자는 영향을 받지 않습니다.

Alfredo Rates, Joris Vrehen, Bert Mulder, Wilbert L. Ijzerman 및 Willem L. Vos의 "다중 산란층의 얼룩을 사용하여 광통신의 향상된 비밀성"이라는 논문이 Optics Express에 게재되었습니다. 출판에 사용된 데이터는 Zenodo 데이터베이스에서 확인할 수 있습니다.