Одним из наиболее актуальных и востребованных вопросов сегодня в условиях повсеместной трансформации и цифровизации сфер человеческой деятельности является информационная безопасность и обеспечение целостности данных. Основные исследования и разработки в области информационной безопасности направлены на повышение эффективности и рационализацию. Одним из основных средств передачи данных и эксплуатации информационных комплексов являются волоконно-оптические системы. На сегодняшний день имели место случаи незаконного проникновения и кражи информации, проходящей через данный вид связи. Таким образом, на сегодняшний день существует проблема, связанная с недостаточной защитой информации в волоконно-оптических системах передачи данных. Одним из наиболее эффективных инструментов противодействия актам незаконного вмешательства в системы являются искусственный интеллект и криптографические алгоритмы защиты информации. Именно симбиоз этих двух инструментов позволяет качественно повысить уровень защиты информации в волоконно-оптических системах передачи данных. Таким образом, авторы данной статьи преследуют цель, связанную с описанием инновационной системы защиты информации от нарушений в волоконно-оптических системах передачи данных, основанной на интеграции интеллектуальных криптографических алгоритмов.
Одним из наиболее актуальных и востребованных вопросов сегодня в условиях повсеместной трансформации и цифровизации сфер человеческой деятельности является информационная безопасность и обеспечение целостности данных. Основные исследования и разработки в области информационной безопасности направлены на повышение эффективности и рационализацию. Одним из основных средств передачи данных и эксплуатации информационных комплексов являются волоконно-оптические системы. На сегодняшний день имели место случаи незаконного проникновения и кражи информации, проходящей через данный вид связи. Таким образом, на сегодняшний день существует проблема, связанная с недостаточной защитой информации в волоконно-оптических системах передачи данных. Одним из наиболее эффективных инструментов противодействия актам незаконного вмешательства в системы являются искусственный интеллект и криптографические алгоритмы защиты информации. Именно симбиоз этих двух инструментов позволяет качественно повысить уровень защиты информации в волоконно-оптических системах передачи данных. Таким образом, авторы данной статьи преследуют цель, связанную с описанием инновационной системы защиты информации от нарушений в волоконно-оптических системах передачи данных, основанной на интеграции интеллектуальных криптографических алгоритмов.
Рассмотрена возможность создания систем конфиденциальной (секретной) связи с использованием явлений детерминированного хаоса и оптических вихрей, дана оценка их характеристик с точки зрения информационной безопасности. Показаны возможности применения методов нелинейной динамической криптологии для решения задач защиты информации. Выявлены особенности генерации, синхронизации, модуляции и управления хаотическими колебаниями при их использовании в системах передачи данных. Определены условия возникновения режимов детерминированного хаоса в динамической нелинейной параметрической системе. Показано, что свойство грубости системы оказывается большим преимуществом при решении задач построения систем конфиденциальной (секретной) связи с использованием нелинейных параметрических генераторов, работающих в хаотическом режиме. Показаны фазовые портреты аттракторов в характерных точках плоскости параметров. В качестве генератора детерминированного хаоса оптического диапазона предложено использовать одну из разновидностей нелинейного параметрического генератора – нелинейный кольцевой интерферометр резонатор, на базе которого разработан детектор топологического заряда вихря, предназначенный для измерения интенсивности светового пучка. Предложены математические модели процессов, происходящих в нелинейном кольцевом интерферометре, учитывая связь статического электрического поля с диффузией. Исходя из устройства кольцевых волоконно-оптических систем, выполненных на базе эрбиевого лазера, сопоставлены различные виды схем хаотической связи с целью выбора из них предпочтительной модели. Чтобы повысить скрытность стеганографических сообщений, передаваемых в системе хаотической связи, использующей нелинейное подмешивание скрытого сигнала, рекомендовано модифицировать схему шифрования / дешифрования, введя в передатчике и приёмнике второй контур. С повышением числа параметров, от которых зависит электродинамика нелинейной параметрической системы при её использовании для шифрования сообщений, возрастает и количество криптографических ключей. Как показывают расчёты, если величина расстройки времени (рассогласования) запаздывания сигнала между контурами передачи и приёма системы хаотической связи уменьшается, то сокращается и количество искажений, возникающих в дешифруемом сообщении, что повышает качество функционирования канала связи. Проведён анализ воздействия, оказываемого на характеристики системы передачи данных возмущающими факторами, такими как неидентичность (несовпадение) параметров компонентов передатчика и приёмника; нелинейные искажения, шумы и помехи в каналах связи; и неравномерность и спонтанность амплитудно-частотных характеристик элементов. После анализа различных систем передачи и защиты конфиденциальных данных в системах связи с применением динамического хаоса и сопоставления полученных результатов построена классификация систем хаотической связи, существующих сегодня.
В последние годы большой интерес к одноквантовым системам регистрации вызван интенсивным развитием такого направления защиты информации, как квантовая криптография. Наиболее часто методы квантовой криптографии применяют для защиты оптических каналов связи. В этом случае передача секретного ключа осуществляется состояниями отдельных фотонов. Для приема секретного ключа используют системы одноквантовой регистрации. К таким системам предъявляют достаточно высокие требования по быстродействию, уровню собственных шумов и темновых импульсов, вероятности ошибочной регистрации фотона. Необходимо отметить, что в настоящее время отсутствуют достаточно полно разработанные модели фотоэлектрических явлений в лавинных фотоприемниках (ЛФП), работающих в режиме одноквантовой регистрации. Физические процессы, вносящие вклад в формирование характеристик ЛФП в режиме одноквантовой регистрации, недостаточно изучены. Также не разработаны способы и устройства, позволяющие передавать и принимать информацию оптическими сигналами малой интенсивности, содержащими в среднем от одного до десяти фотонов в импульсе. Поэтому в предлагаемой диссертационной работе выполнены исследования фотоэлектрических процессов в кремниевых лавинных фотоприемниках, работающих в режиме одноквантовой регистрации, а также разработаны способы и устройства приема и передачи оптической информации отдельными фотонами, обеспечивающие конфиденциальность информации, передаваемой по волоконно-оптическим линиям связи.
Перехват полезной информации из сигнала, распространяющегося по волоконным световодам, как известно, представляет собой крайне сложную, практически неразрешимую задачу. Однако на магистральных оптических линиях связи применяются регенераторы, в которых происходит преобразование оптического сигнала в электрический, восстановление формы электрического сигнала и обратное электрооптическое преобразование. Такие преобразования вызывают появление дополнительных каналов утечки информации, поскольку возникают внешниеэлектромагнитные поля, содержащие информацию о передаваемом сигнале. Избежать этого эффекта позволяет применение полностью оптических регенераторов.
Необходимость обработки информации на квантовом уровне диктуется перспективностью применения квантовых каналов связи, обладающих существенно более высокой пропускной способностью и защищенностью, которые основаны на принципиально иных свойствах квантовых систем. Принципиальное преимущество квантовых каналов связи по сравнению с классическими заключается в их качественно более высоком уровне защиты: совершенный квантовый канал имеет, в принципе, абсолютную защиту, поскольку любая попытка вмешательства в систему сразу же обнаруживается (квантовый канал связи можно разрушить, но невозможно вскрыть). В то же время на пути создания эффективных систем обработки квантовой информации стоит ряд трудных проблем, связанных с декогеренцией квантовых состояний и синхронизацией квантовых операций. Основным элементом квантового канала связи является квантовый вычислительный кластер.
В статье проанализирован перехват информации на основе оптического туннелирования информационного сигнала из волоконно-оптического канала оптической системы связи в канал утечки. Анализ выполнен методом численного моделирования. Он показывает высокий уровень угроз информационной безопасности критической информационной инфраструктуры. Перехват может быть реализован скрытно в полевых условиях с вероятностью появления ошибочного бита, не бóльшим, чем в линии связи, даже при сохранении структуры оптического волокна и с минимальными разрушениями защитных оболочек кабеля.
В современной физике ученые смогли достичь передачи информации при помощи света без потерь. Областью таких исследований занимается фотоника. В реальных условиях эксперимент часто становится проблематичным или совсем невыполнимым из-за добавочных условий среды и нестабильного состояния системы. Главным образом будет являться обход таких состояний при помощи инновационных решений. С помощью данных ученые передают информацию в космос на спутники, и получают важнейшую информацию о природе. В настоящей работе пойдет речь о вопросах распространения вихревой световой волны в природе для передачи информации в космосе и на дальних расстояниях. В статье будет рассмотрен принцип модового уплотнения. Предложено теоретическое решение связи модового уплотнения с темновым состоянием фотона.