Combinan hologramas e IA para crear un sistema de encriptación óptica imposible de descifrar
Un innovador sistema óptico utiliza hologramas y redes neuronales para lograr una encriptación impenetrable, toda una revolución en la seguridad de las comunicaciones digitales. Este avance promete transformar la protección de datos en un mundo cada vez más vulnerable al fraude digital.
Por Enrique Coperías
Los investigadores probaron el nuevo enfoque de encriptación óptica en dígitos escritos a mano y otras formas como estrellas. Tras optimizar su procedimiento experimental y entrenar la red neuronal, el equipo demostró que esta podía recuperar las imágenes cifradas con una precisión de entre el 90% y el 95%. Cortesía: Stelios Tzortzakis, Institute of Electronic Structure and Laser, Foundation for Research and Technology Hellas
A medida que aumenta la preocupación por la seguridad en la era digital, los avances tecnológicos continúan innovando en áreas cruciales como la criptografía y las comunicaciones seguras. Un reciente avance en este campo podría cambiar radicalmente la forma en que protegemos la información.
Investigadores del Instituto de Estructura Electrónica y Láser de la Fundación para la Investigación y Tecnología de Grecia y la Universidad de Creta han desarrollado un sistema óptico avanzado que utiliza hologramas y redes neuronales para crear un nivel de encriptación sin precedentes, que supera las capacidades de los métodos tradicionales.
Este sistema promete ofrecer canales de comunicación más seguros, un paso fundamental para la protección de datos sensibles.
Stelios Tzortzakis, líder del equipo de investigación, explica que la demanda de sistemas de protección robustos está en constante crecimiento, impulsada por la expansión de áreas como las criptomonedas, la gobernanza digital, la atención sanitaria, las redes sociales y las comunicaciones.
“Desde las monedas digitales hasta la gobernanza, la atención sanitaria, las comunicaciones y las redes sociales, la necesidad de sistemas sólidos contra el fraude digital sigue en aumento. Nuestro nuevo sistema logra un nivel excepcional de encriptación utilizando una red neuronal que genera una clave de desencriptado única, que solo puede ser creada por el propietario del sistema.”
El sistema desarrollado por los investigadores emplea redes neuronales para recuperar información que ha sido modificada de forma compleja y almacenada como hologramas, imágenes 3D creadas mediante la captura de la luz reflejada de un objeto y su reproducción en una superficie, de manera que la imagen parece tener profundidad y volumen al ser vista desde diferentes ángulos.
Recordemos que las redes neuronales son sistemas de inteligencia artificial (IA) inspirados en el cerebro humano, diseñados para reconocer patrones y aprender de datos. Están formadas por capas de unidades llamadas neuronas, que reciben, procesan y transmiten información.
Al igual que las neuronas en el cerebro, cada una de estas unidades realiza una función simple, pero, al trabajar juntas, las redes neuronales pueden resolver tareas complejas, como clasificación, reconocimiento de imágenes o predicción. Se entrenan utilizando grandes cantidades de datos, ajustando las conexiones entre las neuronas para mejorar su precisión en la tarea asignada.
El nuevo enfoque es revolucionario, ya que permite decodificar con éxito información espacial intrincada contenida en las imágenes desordenadas, lo que representa un avance significativo en la recuperación de datos de medios caóticos. En el artículo, publicado en la revista Optica, Tzortzakis y su equipo detallan cómo este proceso podría tener amplias aplicaciones, especialmente en la criptografía y en la comunicación óptica inalámbrica segura, lo que despeja el camino hacia las telecomunicaciones de próxima generación.
El reto de la propagación óptica
«Este estudio ofrece una base sólida para muchas aplicaciones, especialmente en criptografía y comunicaciones ópticas seguras, allanando el camino para las tecnologías de telecomunicaciones del futuro —recalca Tzortzakis en un comunicado de OPTICA. Y añade—: Nuestro sistema es altamente confiable, incluso en condiciones adversas e impredecibles como el mal tiempo, un factor que a menudo limita el rendimiento de los sistemas ópticos en el espacio libre».
El equipo desarrolló su sistema a partir de un descubrimiento clave: cuando los hologramas se utilizan para codificar un rayo láser, este se desordena de forma completamente aleatoria. La forma original del rayo no puede ser reconocida ni recuperada mediante análisis o cálculos físicos tradicionales.
Este fenómeno de desorden aleatorio se considera una forma ideal de encriptación de la información, lo que añade una capa de seguridad sin precedentes. La clave aquí es la capacidad de las redes neuronales para recuperar información de estos patrones de luz caóticos, lo que antes se consideraba una tarea prácticamente imposible.
Los ingenieros crearon un sistema óptico que encripta información en forma de holograma que se desordena al ser enviado a través de un pequeño contenedor de líquido y luego utiliza una red neuronal para la desencriptación. Cortesía: Stelios Tzortzakis, Institute of Electronic Structure and Laser, Foundation for Research and Technology Hellas
Recuperar las imágenes cifradas con una precisión del 95%
Para demostrar la eficacia de su método, los investigadores aplicaron su sistema a una variedad de pruebas. Utilizaron bases de datos estándar para cifrar y decodificar miles de dígitos escritos a mano y otras formas complejas, como animales y objetos cotidianos.
Tras optimizar su procedimiento experimental y entrenar la red neuronal, el equipo demostró que esta podía recuperar las imágenes cifradas con una precisión de entre el 90% y el 95%. Este éxito inicial indica que el sistema es altamente prometedor, y el equipo confía en que la precisión podría mejorar aún más con más entrenamiento.
Este avance no solo demuestra que es posible descifrar información codificada de manera segura, sino que también sienta las bases para el desarrollo de tecnologías de seguridad óptica mucho más robustas y prácticas. Además, los investigadores planean añadir nuevas capas de protección, como la autenticación de dos factores, lo que aumentaría aún más la seguridad del sistema.
Superando los obstáculos de la comercialización
Aunque el sistema ha mostrado resultados impresionantes en el laboratorio, el principal desafío para su comercialización sigue siendo el coste y el tamaño del equipo láser necesario. Los láseres de alta potencia, que son esenciales para la operación de este sistema, son muy caros y muy voluminosos, lo que dificulta su implementación en un entorno comercial.
En respuesta a este desafío, el equipo está explorando alternativas más rentables y compactas a los láseres de alta potencia, lo que podría reducir significativamente los cestos y el tamaño del sistema. Esto abriría la puerta a un uso más generalizado.
«El reto consistía en descifrar la información. Se nos ocurrió la idea de entrenar redes neuronales para que pudieran reconocer los detalles increíblemente precisos de los patrones de luz codificados —explica Tzortzakis. Y precisa—: Al crear miles de millones de conexiones complejas dentro de las redes neuronales, pudimos reconstruir las formas originales de los haces de luz. Esto significaba que teníamos una forma de crear una clave de descifrado específica para cada configuración del sistema de cifrado».
Una potente láser que interactúa con etanol
La tecnología se basa en el uso de un láser de alta potencia que interactúa con un líquido, en este caso, etanol, dentro de una pequeña cubeta. Este líquido no solo es económico, sino que también permite generar el comportamiento caótico necesario en una corta distancia, lo que resulta en una propagación compleja de la luz que es difícil de predecir y, por lo tanto, difícil de descifrar sin la clave adecuada.
Este fenómeno de desorden se ve potenciado por las turbulencias térmicas generadas en el medio líquido, lo que aumenta aún más la seguridad del sistema.
El enfoque innovador no solo sirve para proteger las comunicaciones, sino que también podría tener aplicaciones en áreas tan diversas como la autenticación de dispositivos y la creación de claves de seguridad a través de lo que se conoce como funciones no clonables físicas. Este concepto está basado en estructuras desordenadas que interactúan con la luz para crear patrones únicos, lo que las convierte en un medio extremadamente seguro para la autenticación digital.
Investigadores de Grecia han creado un sistema óptico que combina hologramas y redes neuronales para lograr un nivel de encriptación superior al de los métodos tradicionales. Imagen conceptual generada con DALL-E que muestra el láser futurista y su interacción con el medio turbulento, resaltando el proceso de encriptación y decodificación de la información.
En términos de aplicaciones futuras, los investigadores no solo están mirando al campo de la criptografía, sino también a su uso en la creación de sistemas de comunicación óptica sin cables que podrían superar las limitaciones de las tecnologías actuales, como las comunicaciones ópticas en espacio libre (FSO, por sus siglas en inglés). Estas tecnologías son esenciales para mejorar la conectividad en entornos difíciles, como en situaciones de desastres naturales o en áreas remotas.
El potencial de este sistema es vasto. A medida que los investigadores continúan mejorando la precisión de sus redes neuronales y reducen los costes del equipo necesario, el sistema podría convertirse en una herramienta crucial en la próxima generación de tecnologías de telecomunicaciones.
La capacidad de transmitir información de forma segura, incluso a través de medios no lineales y turbulentos, como la atmósfera yo el agua, ofrece una nueva vía para garantizar la integridad de los datos en situaciones adversas.
«Nuestro trabajo demuestra que las redes neuronales pueden desbloquear el potencial de la óptica caótica, facilitando la transmisión de información de manera segura en condiciones difíciles, como el mal tiempo o las interferencias naturales», insiste Tzortzakis.
Con estos avances, el futuro de las telecomunicaciones ópticas podría estar a punto de experimentar una revolución, y brindar no solo un aumento en la seguridad, sino también una mayor fiabilidad y eficiencia en el intercambio de información en todo el mundo. ▪️
Información facilitada por OPTICA
Fuente: Panagiotis Konstantakis, Maria Manousidaki and Stelios Tzortzakis. Encrypted optical information in nonlinear chaotic systems uncovered using neural networks. Optica (2025). DOI: 10.1364/OPTICA.530643
