En un mundo en el que los sistemas digitales se han adueñado de prácticamente todas las actividades y la información, los medios de protección y seguridad cobran cada vez mas relevancia. Por ello se investiga y se invierte mucho en su mejora. Así ha nacido un nuevo sistema óptico que combina inteligencia artificial (IA) con hologramas para codificar información, un hallazgo que crea un nivel de cifrado que los métodos tradicionales no pueden romper.
Este avance, según los investigadores que lo han desarrollado, puede allanar el camino para canales de comunicación más seguros, ayudando a proteger datos confidenciales. “Desde las monedas digitales en rápida evolución hasta la gobernanza, la atención médica, las comunicaciones y las redes sociales, la demanda de sistemas de protección robustos para combatir el fraude digital continúa creciendo”, dijo el investigador Stelios Tzortzakis, del Instituto de Estructura Electrónica y Láser, de la Universidad de Creta (Grecia).
Numerosos escudos digitales tratan de proteger la información que circula por el ciberespacio.
Descifrado por red neuronal
“Nuestro nuevo sistema logra un nivel excepcional de cifrado al utilizar una red neuronal para generar la clave de descifrado, que sólo puede ser creada por el propietario del sistema de cifrado”, explica Tzortzakis.
El estudio, publicado en la revista científica Optica, Tzortzakis y sus colegas explican que el nuevo sistema utiliza redes neuronales para recuperar información elaboradamente codificada y almacenada como un holograma. Demuestran que las redes neuronales entrenadas pueden decodificar con éxito la intrincada información espacial en las imágenes previamente codificadas.
“Nuestro estudio proporciona una base sólida para muchas aplicaciones, especialmente la criptografía y la comunicación óptica inalámbrica segura, allanando el camino para las tecnologías de telecomunicaciones de próxima generación”, dijo Tzortzakis. “Este método es altamente fiable incluso en condiciones difíciles e impredecibles, y aborda problemas reales” como las condiciones climáticas adversas que a menudo limitan el rendimiento de los sistemas ópticos de espacio libre”, concluye.
Un láser, la clave
Los investigadores desarrollaron el nuevo sistema después de descubrir que cuando se utilizan hologramas para codificar un rayo láser, éste se distorsionaría completamente de forma aleatoria y su forma original no podría reconocerse ni recuperarse mediante análisis físicos o cálculos. Es una forma casi perfecta para cifrar información de una forma muy segura.
“El desafío fue descubrir cómo descifrar la información”, dijo Tzortzakis. “Se nos ocurrió la idea de entrenar redes neuronales para reconocer los detalles increíblemente finos de los patrones de luz codificados. Al crear miles de millones de conexiones complejas, o sinapsis, dentro de las redes neuronales, pudimos reconstruir las formas originales del haz de luz. “Esto significaba que teníamos una forma de crear la clave de descifrado específica para cada configuración del sistema de cifrado”.
Para crear un sistema físico que mezcla de forma completa y caótica los rayos de luz, los investigadores utilizaron un láser de alta potencia que interactuaba con una pequeña cubeta llena de etanol. El líquido no sólo era económico sino que además creaba el comportamiento caótico deseado en una distancia de propagación corta de sólo unos pocos milímetros. Además de cambiar la intensidad del haz de luz, esta interactuaba con el líquido también exhibía turbulencia térmica que mejoraba fuertemente la confusión caótica.
Para demostrar el nuevo método, los investigadores lo aplicaron para cifrar y decodificar miles de dígitos escritos a mano y otras formas como animales, herramientas y objetos cotidianos de bases de datos bien establecidas utilizadas como referencias para evaluar sistemas de recuperación de imágenes. Después de optimizar el procedimiento experimental y entrenar la red neuronal, demostraron que la red neuronal podía recuperar con precisión las imágenes codificadas entre el 90 y el 95 % del tiempo.
Próximos pasos
A pesar de la alta efectividad conseguida en las pruebas realizadas hasta ahora, los investigadores se muestran ambiciosos y aseguran que esta tasa podría mejorarse aún más con un entrenamiento más amplio de la red neuronal que trabaja en la codificación. Además, los investigadores planean desarrollar aún más la tecnología añadiendo niveles adicionales de protección, algunos tan habituales como la autenticación de dos factores, aunque en este caso tendría un grado más de sofisticación.
Por otra parte, dado que el mayor obstáculo para la comercialización del sistema es el costo y el tamaño del sistema láser, también están investigando alternativas rentables a los láseres costosos y voluminosos de alta potencia utilizados durante la investigación. La salida al mundo real y comercial necesita una abaratamiento de costes y un tamaño más manejable.