Аспирант кафедры радиофизики Алексей Смоляков проводит эксперимент на устройстве мобильной криптографии

В чем суть ноу-хау, рассказали заведующий кафедрой радиофизики КФУ, куратор направления «Космические технологии» Олег Шерстюков и профессор кафедры радиофизики, руководитель одного из проектов Open Lab «Мобильное кодирование информации» Аркадий Карпов.

Ученые - соавторы вышедшей недавно в журнале «Радиоэлектронные технологии» статьи «Современные физические методы в криптографии».

Вот что нам сообщил Олег Шерстюков:         

- Защита каналов связи - чрезвычайно важная  проблема. Я бы даже сказал, что сегодня это задача номер один. Недавно был захвачен американский самолет-беспилотник и посажен в Ираке потому, что «злоумышленники» смогли взломать систему безопасности. Сейчас создаются всевозможные системы, роботы, в том числе военного назначения. Только представьте, что произойдет, если начнут  взламывать их системы связи и управления!

Сотрудники нашей кафедры предложили оригинальное решение проблемы защиты информации. Как известно, в криптографии самая большая сложность – передача «ключа». Его могут взломать в процессе передачи по каналам связи, его могут украсть у того, кто его сформировал. Чтобы исключить человеческий фактор, мы решили призвать в помощники природный процесс – сгорание метеорных частиц в атмосфере Земли. В результате него образуются плазменные следы, которые отражают радиоволны. Траектория распространения радиоволны и параметры радиосигнала, отраженного  от метеорных следов, непредсказуемы. Этой последовательностью («ключом»)  можно закодировать любую информацию, которую хотим передать.

Параметры сигнала в передающей и принимающей точках являются абсолютно одинаковыми. И только в этих двух точках! Потому что метеорный след, который существует несколько секунд, обладает свойством ракурсности. В любой другой, нелегальной, точке приема параметры сигнала будут иными. А это значит, что перехватить ключ невозможно.

- Насколько трудно подобрать ключ?

- Оценочно, стоимость подбора такого ключа примерно 50 тыс. долларов. Никто заниматься этим не станет, потому что замена ключа происходит каждые 15 минут. Каждый ключ – это 265 бит информации, которые надо подобрать. Стоит заметить, что система метеорной криптографии гораздо дешевле, чем квантовая, которую усиленно разрабатывают в Европе и Америке, но такая же надежная. В Восточной Европе мы лидеры в фундаментальных исследованиях в области метеорного распространения радиоволн и единственные в России, кто занимается этой тематикой, собственно, мы ее и основали. К нашим исследованиям проявляют интерес Роскосмос и силовые структуры.

на фото:Олег Шерстюков и Аркадий Карпов

- Где разработки ученых кафедры радиофизики, связанные с метеорным распространением радиоволн, уже нашли применение?

-  Университетская Проблемная радиоастрономическая лаборатория (ПРАЛ) в 70- 90-е годы занималась метеорным распространением радиоволн, тогда были разработаны ГОСТы, созданы метеорные комплексы, которые регистрируют метеорные частицы. В частности, благодаря исследованиям ПРАЛ, удалось облегчить обшивку космической станции «Мир», так как было доказано, что метеорная опасность несколько преувеличена. Следует вспомнить, что радиометеорные исследования в Казанском университете начали проводиться под руководством профессоров: К.Костылева, В.Сидорова, О.Бельковича. Это наши учителя.

Еще в начале 90-х был создан первый автоматический  комплекс ионосферного зондирования «Циклон» для военных. Он в автоматическом режиме фиксировал  параметры ионосферы, на основе которых определялись частоты радиосвязи и параметры ионосферы, необходимые для загоризонтной радиолокации.

Использование метеорного радиоканала особенно важно в высоких широтах (Северный ледовитый океан, остров Шпицберген, Архангельск, Мурманск, Тюмень, Салехард), где обычная коротковолновая радиосвязь неустойчивая. Там вследствие магнитных бурь  возникают большие поглощения радиоволн – неделями может не работать радиосвязь. В 80-е годы нами были созданы комплексы, которые обеспечивали круглосуточную радиосвязь в высоких широтах. 

Оказалось, что для военных также важно другое применение этого метеорного радиоканала – синхронизация шкалы времени, которая позволяет кораблям точно определять свое местонахождение. 30 лет назад нашим коллективом были созданы системы, позволяющие обеспечивать синхронизацию шкал времени точнее, чем  современные! Тогда удалось создать комплекс, который осуществляет синхронизацию до долей наносекунд теоретически и до единиц наносекунд экспериментально. У ГЛОНАСС точность составляет 50 наносекунд.

- Почему имея достаточно большой опыт создания комплексов по защите и передаче защищенной информации, Россия пользуется коммутационной техникой иностранного производства?

 - Действительно, практически везде стоит зарубежная коммутационная техника. Крупнейшие операторы связи, через которых мы работаем, западные. И маршрутизаторы, коммутаторы, с которыми мы работаем, тоже западные. Очень часто трафик посылается через зарубежные серверы. Президент РФ Владимир Владимирович Путин  говорил о том, что надо перенести информационные базы и серверы в Россию.  Перенести мало, надо защитить серверы. Они должны быть российского производства. Нам нужно создавать по программе импортозамещения свою телекоммуникационную технику. Мы будем знать, что там внутри, если она будет создаваться российскими предприятиями. Сейчас мы этого не знаем.  Можно сказать, что  сегодня наш интернет живет до того момента, пока американцы хотят, чтобы мы им пользовались. Они могут легко заблокировать свои серверы.

Наша кафедра коммуникационными серверами не занимается, но у нас есть опыт создания техники, позволяющей пропускать закрытый трафик. Кодирование информации будет происходить ключом, который меняется каждые 15 минут, и осуществляться с использованием физического процесса, о котором я рассказывал ранее. То есть ключ формируется природным процессом, кодирует информацию, которая затем передается по быстродействующим каналам  сети интернет. На наш взгляд, это может быть одним из наиболее надежных способов передачи  секретной информации через интернет.

-Почему прослушивание телефонов не только рядовых граждан, но и руководителей государств – не такая уж большая сложность для спецслужб? Все мы помним недавний скандал вокруг прослушки телефонов канцлера Германии Ангелы Меркель и президента Франции Франсуа Олланда. Есть ли эффективные способы сегодня защитить телефонные разговоры?

На этот  вопрос дал ответ Аркадий Карпов:

- Только что мы завершили работы в рамках проекта «Разработка кодека речевого потока на основе измерений случайной фазы зондирующих сигналов», которым я руководил. Нами был создан  макет системы «Мобильная криптография». Эта система обеспечивает практически абсолютную защищенность мобильной связи. Принцип действия основывается на кодировании информации при помощи  физического процесса. Только здесь «отражателями» радиоволн являются не метеорные следы, а препятствия городской среды, при этом люди, разговаривающие по телефону, постоянно перемещаются. В результате характеристики многолучевого сигнала, который принимает  микрочип, встроенный в мобильное устройство, получаются настолько случайными и запутанными …Лучшего «ключа» и не придумаешь! Так вот при помощи пары таких идентичных ключей  (передающего и приемного устройства) и происходит шифровка разговора по мобильному устройству. Канал связи, снабженный такими системами, практически невозможно будет «взломать», так как невозможно предсказать результирующий эффект электромагнитной волны и траекторию ее движения. В дальнейшем мы планируем создать мобильный телефон, основанный на том же принципе кодирования информации. Всего за 5 лет работы над мобильным устройством нами получено 4 патента на способы защиты информации. В этом году во французском сборнике «Proceedings of the 12th International Conference on Security and Cryptography» (входит  в базу данных Scopus), опубликована статья «Экспериментальное извлечение общего секретного ключа из флуктуации многолучевого канала при перемещении мобильного приемопередатчика в городской среде». Весной следующего года мы готовимся представить нашу мобильную систему потенциальным заказчикам на выставке вооружения «Армия-2016».