Ученые Казанского федерального университета стали первыми, кто построил компьютерные модели метеорных отпечатков на основе строгого решения задачи дифракции радиоволн на плазме метеорных следов. Это позволило не только значительно повысить точность определения территорий, на которых могут находиться злоумышленники, но и выявить ряд новых эффектов.

Результаты исследования ученых Института физики КФУ представлены в статье, опубликованной в журнале IEEE Transactions on Antennas and Propagation.

Метеорные системы связи, разработкой которых занимаются радиофизики КФУ, обладают высокой криптостойкостью. Роль “шифровальщиков” информации в них выполняют пылинки космического происхождения (метеоры). Врываясь в атмосферу Земли на скорости  12-72 км/с, они за доли секунды сгорают на высотах от 80 до 130 км, оставляя за собой ионизированные следы протяженностью до 40 км. Метеорные следы способны отражать радиоволны, что превращает их в ретрансляторы сигналов. Таким способом сигналы могут передаваться на расстояние до 2000 километров. Это позволяет создавать на основе метеорных явлений системы связи различного назначения. Случайная астрономическая природа метеорных коммуникаций значительно осложняет их взлом, поэтому они широко применяются для создания резервных и скрытных систем связи. Однако потенциальная опасность перехвата информации все же существует.

Казанские физики научились с большой точностью определять территории, где можно осуществить перехват данных.

«Каждый метеорный след, а они появляются на высоте примерно 95 км, отбрасывает на поверхность Земли подобие тени, этот своеобразный отпечаток напоминает по форме эллипс, – рассказывает один из авторов статьи, старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории «СВЧ-проектирование и радиотелекоммуникации», доцент кафедры радиофизики Института физики КФУ Амир Сулимов. – Все пункты связи, расположенные в пределах этого отпечатка, имеют возможность подключиться к каналу связи. По метеорным отпечаткам можно «предсказать» область вокруг легального пункта связи, в которой злоумышленник может совершить перехват информации».

Ученые КФУ стали первыми, кто построил компьютерные модели метеорных отпечатков на основе строгого решения задачи дифракции радиоволн на плазме метеорных следов. Это позволило не только значительно повысить точность определения территорий, на которых могут находиться злоумышленники, но и выявить ряд новых эффектов, до этого не наблюдавшихся в экспериментах, а также не предсказанных упрощенной теорией метеорных радиоотражений.

Традиционно при прогнозировании областей перехвата информации в радиосистемах исходят из предположения, что наибольший радиус перехвата лежит вдоль оси радиолинии, соединяющей легальные пункты А и В, а наименьший радиус – в поперечном направлении (перпендикулярно оси радиолинии), сообщил А.Сулимов.

«В нашем исследовании мы впервые показали, что в метеорных системах связи эта тенденция может нарушаться, особенно на коротких радиолиниях – длиной менее 500 км. В силу случайности притока метеорных частиц в атмосферу Земли направления ориентации большого и малого радиусов перехвата могут значительно отклоняться. Более того, степень отклонения постоянно изменяется во времени вследствие существования суточно-сезонных циклов притока метеоров. Эти закономерности усложняют перехват информации в метеорных системах связи. Проверить выявленные закономерности предстоит в ходе экспериментов на реальных радиолиниях», – сказал ученый Казанского университета.

В статье правильность расчетов и результатов моделирования казанских ученых подтверждается сопоставлением их с экспериментальными данными широко известных исследований, проведенных учеными США, Канады и Англии. Условия этих экспериментов  успешно воспроизводит уникальная модель метеорного радиоканала, разработанная радиофизиками КФУ.

«Как и эксперименты, моделирование показало, что практическая возможность прослушивания метеорного канала исчезает на масштабах 30 км, но теоретическая сохраняется на расстояниях до 300 км (при разнесении вдоль малого радиуса перехвата) и даже до 850 км (при разнесении вдоль большого радиуса перехвата)», – заметил А.Сулимов.

Научные результаты, полученные казанскими учеными, в частности, будут использованы ими для обоснования защищенности разработанной в Казанском университете системы метеорной генерации секретных ключей шифрования (системы «метеорной криптографии»). Будущие исследования радиофизиков Казанского федерального университета позволят ответить на вопрос о том, на каких расстояниях можно осуществить частичный перехват генерируемых ключей шифрования и какую угрозу это может нести криптосистемам.