Mọi phần dữ liệu truyền qua internet — từ các đoạn văn trong email đến đồ họa 3D trong môi trường thực tế ảo — đều có thể bị thay đổi bởi tiếng ồn mà nó gặp phải trên đường đi, chẳng hạn như nhiễu điện từ từ lò vi sóng hoặc thiết bị Bluetooth. Dữ liệu được mã hóa để khi chúng đến đích, một thuật toán giải mã có thể hoàn tác các tác động tiêu cực của tiếng ồn đó và lấy lại dữ liệu ban đầu.
Kể từ những năm 1950, hầu hết các mã sửa lỗi và thuật toán giải mã đã được thiết kế cùng nhau. Mỗi mã có một cấu trúc tương ứng với một thuật toán giải mã cụ thể, rất phức tạp, thường yêu cầu sử dụng phần cứng chuyên dụng.
Các nhà nghiên cứu tại MIT, Đại học Boston và Đại học Maynooth ở Ireland hiện đã tạo ra chip silicon đầu tiên có thể giải mã bất kỳ mã nào, bất kể cấu trúc của nó, với độ chính xác tối đa, bằng cách sử dụng một thuật toán giải mã phổ quát được gọi là Giải mã tiếng ồn phụ gia ngẫu nhiên (GRAND) . Bằng cách loại bỏ nhu cầu về nhiều bộ giải mã phức tạp về mặt tính toán, GRAND cho phép tăng hiệu quả có thể có các ứng dụng trong thực tế ảo tăng cường, chơi game, mạng 5G và các thiết bị được kết nối dựa vào việc xử lý khối lượng lớn dữ liệu với độ trễ tối thiểu.
Tập trung vào tiếng ồn
Một cách để nghĩ về các mã này là các mã băm dư thừa (trong trường hợp này là một chuỗi các số 1 và số 0) được thêm vào cuối dữ liệu gốc. Các quy tắc để tạo hàm băm đó được lưu trữ trong một sổ mã cụ thể.
Khi dữ liệu được mã hóa di chuyển qua mạng, chúng bị ảnh hưởng bởi tiếng ồn hoặc năng lượng làm gián đoạn tín hiệu, thường được tạo ra bởi các thiết bị điện tử khác. Khi dữ liệu được mã hóa đó và tiếng ồn ảnh hưởng đến chúng đến đích, thuật toán giải mã sẽ tham khảo sổ mã của nó và sử dụng cấu trúc của hàm băm để đoán thông tin được lưu trữ là gì.
Thay vào đó, GRAND hoạt động bằng cách đoán nhiễu ảnh hưởng đến tin nhắn và sử dụng mẫu nhiễu để suy ra thông tin ban đầu. GRAND tạo ra một loạt chuỗi nhiễu theo thứ tự mà chúng có khả năng xảy ra, trừ chúng khỏi dữ liệu nhận được và kiểm tra xem từ mã thu được có nằm trong sổ mã hay không.
Trong khi tiếng ồn có vẻ ngẫu nhiên về bản chất, nó có cấu trúc xác suất cho phép thuật toán đoán nó có thể là gì.
“Theo một cách nào đó, nó tương tự như xử lý sự cố. Nếu ai đó mang chiếc xe của họ vào cửa hàng, người thợ sẽ không bắt đầu bằng cách lập bản đồ toàn bộ chiếc xe theo bản thiết kế. Thay vào đó, họ bắt đầu bằng cách hỏi, 'Điều gì có khả năng xảy ra sai nhất?' Có lẽ nó chỉ cần khí. Nếu điều đó không hiệu quả, điều gì tiếp theo? Chắc hết pin rồi? ” Médard nói.
Phần cứng mới
Chip GRAND sử dụng cấu trúc ba tầng, bắt đầu với các giải pháp đơn giản nhất có thể trong giai đoạn đầu tiên và xử lý các mẫu nhiễu dài hơn và phức tạp hơn trong hai giai đoạn tiếp theo. Mỗi giai đoạn hoạt động độc lập, làm tăng thông lượng của hệ thống và tiết kiệm điện năng.
Thiết bị cũng được thiết kế để chuyển đổi liền mạch giữa hai sách mã. Nó chứa hai chip nhớ truy cập ngẫu nhiên tĩnh, một chip có thể bẻ khóa từ mã, trong khi chip kia tải một sổ mã mới và sau đó chuyển sang giải mã mà không có bất kỳ thời gian chết nào.
Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm chip GRAND và nhận thấy nó có thể giải mã hiệu quả bất kỳ mã dư thừa vừa phải nào có độ dài lên đến 128 bit, với độ trễ chỉ khoảng một micro giây.
Médard và các cộng sự của cô trước đây đã chứng minh sự thành công của thuật toán, nhưng công trình mới này lần đầu tiên giới thiệu tính hiệu quả và hiệu quả của GRAND trong phần cứng.
Médard nói rằng việc phát triển phần cứng cho thuật toán giải mã mới lạ này đòi hỏi các nhà nghiên cứu phải gạt bỏ những quan niệm đã định trước của họ sang một bên.
“Chúng tôi không thể đi ra ngoài và sử dụng lại những thứ đã được làm. Đây giống như một tấm bảng trắng hoàn chỉnh. Chúng tôi đã phải thực sự suy nghĩ về mọi thành phần từ đầu. Đó là một hành trình xem xét lại. Và tôi nghĩ rằng khi chúng tôi thực hiện con chip tiếp theo, sẽ có những thứ với con chip đầu tiên này mà chúng tôi nhận ra rằng chúng tôi đã làm sai thói quen hoặc giả định rằng chúng tôi có thể làm tốt hơn, ”cô nói.
Một con chip cho tương lai
Vì GRAND chỉ sử dụng sổ mã để xác minh, con chip này không chỉ hoạt động với các mã kế thừa mà còn có thể được sử dụng với các mã thậm chí chưa được giới thiệu.
Trong quá trình triển khai 5G trước đó, các cơ quan quản lý và các công ty truyền thông đã phải vật lộn để tìm ra sự đồng thuận về việc mã nào nên được sử dụng trong mạng mới. Các cơ quan quản lý cuối cùng đã chọn sử dụng hai loại mã truyền thống cho cơ sở hạ tầng 5G trong các tình huống khác nhau. Médard nói rằng việc sử dụng GRAND có thể loại bỏ nhu cầu tiêu chuẩn hóa cứng nhắc đó trong tương lai.
Chip GRAND thậm chí có thể mở ra một làn sóng đổi mới trong lĩnh vực mã hóa.
“Vì những lý do mà tôi không chắc lắm, mọi người tiếp cận mã hóa với sự sợ hãi, giống như đó là ma thuật đen. Quá trình này là sai về mặt toán học, vì vậy mọi người chỉ sử dụng các mã đã tồn tại. Tôi hy vọng điều này sẽ đúc kết lại cuộc thảo luận để nó không theo định hướng tiêu chuẩn, cho phép mọi người sử dụng các mã đã tồn tại và tạo ra các mã mới, ”cô nói.
Trong tương lai, Médard và các cộng tác viên của cô có kế hoạch giải quyết vấn đề phát hiện mềm bằng phiên bản GRAND được trang bị lại Chip. Trong phát hiện mềm, dữ liệu nhận được ít chính xác hơn.
Họ cũng có kế hoạch kiểm tra khả năng bẻ khóa các mã dài hơn, phức tạp hơn của GRAND và điều chỉnh cấu trúc của chip silicon để cải thiện hiệu quả năng lượng của nó.
Cục Thời báo ELE
ELE Times cung cấp thông tin toàn diện về Điện tử, Công nghệ và Thị trường. Ngoài việc cung cấp các bài viết chuyên sâu, ELE Times còn thu hút lượng khán giả lớn nhất, có trình độ và mức độ tương tác cao trong ngành, những người đánh giá cao nội dung kịp thời, phù hợp và các định dạng phổ biến của chúng tôi. ELE Times giúp bạn xây dựng nhận thức, tăng lưu lượng truy cập, truyền đạt các dịch vụ của bạn đến đúng đối tượng, tạo khách hàng tiềm năng và bán sản phẩm của bạn tốt hơn.
-
Cục Thời báo ELEhttps://www.eletimes.com/author/adminNgăn chặn thiệt hại có thể xảy ra với đầu nối loại N được bịt kín không thấm nước
-
Cục Thời báo ELEhttps://www.eletimes.com/author/adminTrung tâm xuất sắc về gió ngoài khơi do hai Bộ trưởng cùng ra mắt: Năng lượng tái tạo
-
Cục Thời báo ELEhttps://www.eletimes.com/author/adminMột cách toàn diện để sử dụng liên kết để cải thiện hiệu suất RF của bộ khuếch đại tiếng ồn thấp
-
Cục Thời báo ELEhttps://www.eletimes.com/author/adminInfineon và Panasonic Tăng tốc phát triển công nghệ GaN cho các thiết bị điện 650 V GaN