Cómo funciona el sistema: Alice, el remitente, transmite una señal inalámbrica regular hacia una metasuperficie programable. Controlado por un chip (matriz de puerta programable de campo, FPGA) utilizando la teoría del caos, la metasuperficie crea un patrón único para cada mensaje. Dirige claramente la señal al receptor previsto, Bob, mientras la revuelve en todas las demás direcciones. Como resultado, solo Bob puede decodificar el mensaje, mientras que otros como Eve1, Eve2 y Eve3 solo reciben ruido. Esto asegura la comunicación sin necesidad de claves, contraseñas o software de cifrado. Crédito: Nature Communications (2025). Doi: 10.1038/s41467-025-60725-1
Con tantas personas que usan dispositivos que pueden conectarse a Internet, asegurar de manera confiable las comunicaciones inalámbricas y proteger los datos que intercambian es de creciente importancia. Si bien los informáticos han ideado medidas de seguridad cada vez más avanzadas en las últimas décadas, las técnicas más efectivas dependen de algoritmos complejos y cálculos intensivos, que pueden consumir mucha energía.
Investigadores de la Universidad de Pekín, la Universidad del Sureste, la Universidad de Sannio y otros institutos introdujeron recientemente un nuevo enfoque para asegurar las comunicaciones tanto de manera efectiva como de eficiencia energética, que se basa en una metasuperficie reconfigurable con propiedades moduladas por patrones caóticos.
Este enfoque, descrito en un papel publicado In Nature Communications, se basa en una idea concebida por los autores principales Vincenzo Galdi, Lianlin Li y Tie Jun Cui, quienes supervisaron el proyecto. Luego, la idea se realizó en la Universidad de Pekín y la Universidad del Sureste por los autores junior Jiawen Xu Menglin Wei y Lei Zhang.
“La idea vino de una pregunta simple pero apremiante: ¿podemos hacer que las comunicaciones inalámbricas fueran seguras sin depender de las claves de cifrado tradicionales?” Lianlin Li, co-senior autor del periódico, dijo a Tech Xplore. “La mayoría de los sistemas actuales necesitan que el remitente y el receptor compartan claves secretas, que deben ser creadas, distribuidas, almacenadas y actualizadas regularmente de manera segura. Este proceso es complejo y puede introducir vulnerabilidades, especialmente en redes de cambio rápido o a gran escala”.
Como parte de su reciente estudio, Li y sus colegas intentaron repensar las técnicas de seguridad desde cero. En lugar de proteger los mensajes después de que se creen, intentaron idear un enfoque que haría que una señal sea ilegible para cualquier persona, excepto el destinatario previsto.
“Igualmente importante para nosotros fue garantizar la retrocompatibilidad”, dijo Li. “Queríamos una solución que pudiera integrarse en los sistemas inalámbricos existentes sin modificar el protocolo del transmisor, el receptor o la comunicación. Que nos llevó a explorar la seguridad de la capa física utilizando un material especial llamado metasuperficie, y a combinarlo con la teoría del caos, que es excelente para producir un comportamiento complejo e impredecible.
“De hecho, el caos se ha utilizado ampliamente en comunicaciones seguras, pero siempre en sistemas donde el remitente y el receptor necesitaban compartir parámetros (como el estado inicial del sistema caótico), que actúan como claves de cifrado”.
Por lo tanto, la mayoría de los sistemas basados en el caos introducidos previamente dependen de parámetros compartidos y claves de cifrado. Li y sus colegas intentaron eliminar esta dependencia por completo y idear un sistema de comunicación seguro y sin llave.
“Imagínese susurrando algo para que solo se pueda escuchar claramente desde un lugar específico. En cualquier otro lugar, suena como estático”, explicó Li. “Eso es esencialmente lo que hace nuestro sistema”.
El nuevo sistema creado por los investigadores se basa en una superficie delgada y cuidadosamente diseñada, conocida como metasuperficie. Esta superficie esencialmente actúa como un espejo programable para las señales de radio, que se pueden controlar a través de un pequeño chip.
“Un chip pequeño controla esta superficie usando lógica basada en el caos, generando un patrón único cada vez que se envía una señal”, dijo Galdi. “En esencia, parte de la superficie envía la señal claramente en una dirección, hacia el receptor previsto. El resto lo revuelve, haciendo que suene como ruido de cualquier otra dirección. La belleza es que no necesita modificar el transmisor, el receptor o el protocolo de comunicación, y no hay contraseñas o claves involucradas. El receptor solo debe estar en la posición espatial correcta”.
Como los patrones generados por la metasuperficie son impulsados por el caos, la lucha de los mensajes es altamente impredecible. El sistema del equipo podría proporcionar una mayor protección que los generadores de números pseudorandom convencionales, que simulan la aleatoriedad utilizando modelos computacionales.
“Los sistemas pseudorandom pueden volverse predecibles si se expone parte de su algoritmo o salida”, dijo Galdi. “El caos, por otro lado, está enraizado en la física del mundo real, lo que hace que sea mucho más difícil Interingerer o Interception”.
El logro más notable de este estudio reciente es que demuestra que asegurar las comunicaciones sin claves compartidas es de hecho posible. Si bien las técnicas de seguridad basadas en el caos previamente propuestas requieren un remitente y un receptor para compartir parámetros, el sistema recientemente introducido del equipo elimina esta necesidad por completo.
“Construimos y probamos un prototipo de trabajo de nuestro sistema utilizando frecuencias inalámbricas comunes y componentes listos para usar”, dijo Tie Jun Cui. “Al agregar solo la metasuperficie y dejar que el transmisor y el receptor no modificados, demostramos que un receptor en la ubicación correcta pudo decodificar el mensaje con tasas de error muy bajas, mientras que todos los demás receptores (incluso aquellos a solo unos pocos grados) se pusieron en su mayoría ruido”.
En particular, el nuevo sistema desarrollado por Li y sus colegas también es compatible con el hardware y los protocolos que actualmente admiten comunicaciones inalámbricas. Esto significa que podría introducirse fácilmente en entornos del mundo real para fortalecer la seguridad mientras consume menos energía.
El sistema basado en la metasuperficie podría ser particularmente ventajoso en los escenarios para los cuales el cifrado convencional es demasiado exigente computacionalmente, demasiado lento o demasiado arriesgado. Por ejemplo, podría ser prometedor para asegurar los datos enviados por sensores inteligentes, drones o varios dispositivos portátiles.
“Ahora nos estamos centrando en reducir el tamaño del hardware de la metasuperficie y estudiar cómo se comporta el sistema a frecuencias más altas, como ondas milimétricas que se utilizarán en comunicaciones 6G”, dijo CUI. “Otro objetivo clave es hacer que el sistema sea adaptable en tiempo real, para que pueda continuar funcionando de forma segura incluso cuando el transmisor y el receptor se mueven. Esto haría que la tecnología sea más adecuada para escenarios dinámicos y móviles, como drones, vehículos o dispositivos portátiles”.
Un objetivo a largo plazo para Li y sus colegas sería aplicar el enfoque al diseño y desarrollo de dispositivos inherentemente seguros. Dichos dispositivos podrían avanzar significativamente en las comunicaciones inalámbricas, protegiendo los datos confidenciales de manera más efectiva sin la necesidad de algoritmos computacionalmente exigentes.
“En lugar de confiar en contraseñas, claves de cifrado o protocolos de software complejos, la seguridad se integraría directamente en el comportamiento físico de la señal misma”, agregó CUI. “Este cambio podría transformar fundamentalmente la forma en que pensamos sobre la protección de datos en las comunicaciones inalámbricas”.
Escrito para usted por nuestro autor Ingrid Fadellieditado por Lisa Locky verificado y revisado por Andrew Zinin—Este artículo es el resultado de un trabajo humano cuidadoso. Confiamos en lectores como usted para mantener vivo el periodismo científico independiente. Si este informe le importa, considere un donación (especialmente mensual). Obtendrá una cuenta sin anuncios como agradecimiento.
Más información: Jia Wen Xu et al, metasuperficie de información caótica para comunicación segura directa de la capa física, comunicaciones de la naturaleza (2025). Dos: 10.1038/s41467-025-60725-1
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Cita: una metasuperficie de capas modulada por caos para comunicaciones seguras de capa física (2025, 15 de julio) Recuperado el 15 de julio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-07-chaos-modulated-metasurface-physical-layer.html
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