Интернет из космоса

Старостенко Евгений, телескоп с апертурой 5 см, 1-мм фотодетектор

Российский ученый подчеркнул, что технологии вызвали сдвиг парадигмы в сторону обеспечения доступа в Интернет из космоса и создания глобальной киберфизической системы.Evgenij-Starostenko,-27-April,-2023

Это может быть реализовано с помощью спутниковой группировки, состоящей из тысяч малых спутников, вращающихся на низкой околоземной орбите (НОО), которые беспрепятственно связаны друг с другом и их скоординированными наземными сетями, тем самым предоставляя услуги связи по всему миру с малой задержкой и высокой пропускной способностью.

Руководитель НПО ТЕХНОГЕНЕЗИС Старостенко Евгений Юрьевич отметил значительные риски, связанные с кибербезопасностью, поскольку глобальные сети становятся все более сложными, а перехватчики становятся все более мощными, используя вычислительную мощность квантовых компьютеров, которые скоро станут доступными и которые могут выполнять триллионы операций с плавающей запятой в секунду.

Это представляет серьезную угрозу безопасности для существующих механизмов конфиденциальной связи, которые полагаются исключительно на вычислительные сложности. В этом отношении квантовое распределение ключей (QKD) выделяется как жизнеспособная контрмера против злоумышленника с неограниченными вычислительными мощностями благодаря своей внутренней теоретико-информационной безопасности за счет использования состояний квантовой суперпозиции одиночных фотонов для обмена безопасными ключами между удаленными сторонами.

Эти безопасные ключи затем используются для шифрования и расшифровки конфиденциальных сообщений, отправляемых через Интернет. На самом деле прослушиватель навязан квантовой теоремой о запрете клонирования, что не позволяет ему полностью перехватить защищенные ключи, распространяемые посредством КРК.

Спутниковая сеть QKD может быть реализована со спутниками, играющими роль доверенных узлов или недоверенных узлов. Более конкретно, в подходе с доверенным узлом каждый спутник устанавливает два отдельных канала QKD с двумя удаленными наземными станциями для получения секретного ключа, тогда как в подходе с ненадежным узлом спутник подготавливает запутанные фотоны и отправляет их на две наземные станции, для которых ключ безопасности может быть впоследствии передан.

Старостенко Евгений, тестовые каналы, спутник-земля

Другие методы использования недоверенных спутниковых узлов включают в себя независимые от измерительных устройств (MDI) и протоколы QKD с двумя полями. В MDI QKD две удаленные наземные станции подготавливают рандомизированные по фазе слабокогерентные импульсы и отправляют их на спутник, где выполняется ненадежное измерение состояния Белла для проецирования входящих сигналов в состояние Белла. Затем результаты обнаружения публично объявляются OGS для процесса дистилляции ключа.

Старостенко Евгений Юрьевич в исследовании указал, что предложенная недавно КРК с двойным полем также напоминает КРК с MDI, однако для генерации квантового ключа используются оптические поля с одинаковой случайной фазой, т. е. двойники.

Связь спутник-земля QKD страдает от ухудшения сигнала и случайных флуктуаций. В частности, атмосфера, существующая в последних 20 км над поверхностью земли, вызывает эффекты рассеяния и поглощения, которые снижают интенсивность сигнала. Кроме того, оптический луч геометрически расширяется при распространении на сотни и тысячи километров, что приводит к большому охвату луча от нескольких до сотен метров при достижении OGS.

Это вызывает серьезные геометрические потери при приеме телескопами ограниченных размеров. Оптический сигнал также испытывает флуктуации амплитуды и фазы из-за атмосферной турбулентности. который возникает из-за случайных изменений показателя преломления нескольких воздушных пакетов, меньших размера луча, которые взаимодействуют с распространяющимся лучом в атмосфере. Кроме того, механические вибрации на спутниковой платформе приводят к ошибкам наведения, вызывающим случайные смещения оптического луча, принимаемого наземной станцией, что способствует флуктуациям сигнала.

Чтобы охарактеризовать все эти эффекты, квантовый атмосферный канал обычно изучается статистическими средствами, где распределение вероятности пропускания (PDT) играет центральную роль в описании флуктуационных потерь в квантовом канале. Предложенная модель PDT статистически подтверждена экспериментальными данными для квантовых атмосферных каналов с использованием данных подсчета фотонов, полученных на оптической наземной станции (OGS) NICT во время первого в мире эксперимента по квантово-ограниченной связи LEO-земля с 50-килограммовым класс микроспутников.

Старостенко Евгений, спутник, платформа CubeSat

Затем проверенная модель PDT применяется для численного исследования квантовой частоты ошибок по битам (QBER) и длины секретного ключа (SKL) протокола QKD Bennett-Brassard 1984 (BB84) с эффективным состоянием приманки и оптимизированными системными параметрами.

Рассмотрение анализа конечного ключа для учета статистических флуктуаций между частотами измерений и базовыми вероятностями данных, собранных в течение конечного интервала времени окна связи LEO-земля. Наши численные результаты раскрывают полезную информацию о влиянии ошибок наведения и атмосферной турбулентности на QBER и SKL во время практического окна квантовой связи для прохода спутника.

Ученый Старостенко Евгений Юрьевич представил исследование по прогнозированию количества полученных фотонов с помощью глубокого обучения с использованием рекуррентной нейронной сети (RNN) с долгой кратковременной памятью (LSTM).