Согласно данным Cisco, к началу 2017 года по всему миру будет передано 1,1 зеттабайта (1021) данных. К 2020 году в мире будет 5,5 миллиардов абонентов мобильной связи, а объем одного только мобильного трафика данных составит 366,8 эксабайт (1018). Еще 38,1 эксабайт добавят открытые Wi-Fi точки доступа. Трафик не всегда растет по «естественным» причинам. Перед введением закона Яровой операторы посчитали, что за три года объем хранимой информации о телефонных разговорах достигнет значения 1,35 эксабайт и 156 эксабайт информации об интернет-трафике.
В Cisco Systems рассчитали, что с 2014 по 2020 год количество подключенных к интернету вещей в мире вырастет с 12,1 млрд до 50 млрд. К слову, такой бурный рост интернета вещей вызывает давно известную проблему: к концу 2016 года переход на IPv6 во всем мире составил чуть менее 20%.
Все данные нужно где-то хранить, но подлинные сложности начинаются, когда речь заходит о передаче информации. Существующие сейчас технологии связи не позволяют адекватно передавать «на лету» big data между большим количеством источников. Очевидно, что нужны стандарты и технологии, решающие ключевые проблемы связи.
Каналы очень больших данных
Предсказывать будущее трудно и рискованно, особенно в IT-индустрии, из-за экспоненциальных изменений в технологиях. Однако сейчас среди технологических лидеров наблюдается согласие в понимании основных трендов компьютеризации на 5–7 лет вперед. Мы понимаем, что связь становится бесшовной и повсеместной, а переход данных от одного устройства к другому — незаметным и непрерывным. Связь будущего будет работать «поверх» любой физической сети, вне зависимости от ее устройства или местоположения.
По мере роста трафика (и числа связей между обменивающимися данными устройствами), возрастает необходимость оптимизировать существующие каналы связи и прокладывать новые. В 2016 году консорциум из 6 компаний проложил по дну Тихого океана кабель на 60 Тбит/с (для сравнения в 2015 году пропускная способность всех международных каналов связи составляла 180 Тбит/сек). Кабель рассчитан на 25 лет и будет модернизироваться в течение всего срока эксплуатации. А в 2017 году планируется провести трансатлантический кабель MAREA — его пропускная способность составит уже 160 Тбит/сек.
С учетом новостей о рекордах по скорости передачи информации по оптоволокну, магистральные кабели с большой пропускной способностью становятся невероятно актуальными. Еще в 2009 году посредством мультиплексирования 155 каналов по 100 Гбит/с удалось передать сигнал со скоростью 15,5 Тбит/с на расстояние 7000 километров, однако технология оказалась сложна в практической реализации. Недавно Nokia Bell Labs и Alcatel-Lucent Submarine Networks (это крупнейший в мире оператор подводных кабелей, который сейчас является частью Nokia) заявили, что им удалось достичь рекордной скорости 65 Тбит/сек по одномодовому оптоволокну длиной более 6600 км. Они использовали новую технологию модуляции Probabilistic Constellation Shaping (PCS), которая увеличивает дальность передачи данных, а также емкость каналов в уже существующих оптоволоконных сетях. PCS использует неоднородную передачу сигналов, уменьшая количество сигналов высокой мощности, что увеличивает стойкость к помехам и дает возможность лучшей динамической адаптации к изменяемым условиям передачи.
Развитие магистральных каналов связи и новая технология Nokia в ближайшем будущем помогут справиться с основными проблемами нарастающих объемов трафика, но сейчас стараются использовать другие подходы, «в лоб». Amazon представила грузовик AWS Snowmobile для перевозки до 100 петабайт (1015) данных, зашифрованных 256-битным ключом. Он способен передавать данные со скоростью в 1 Тбит/сек через кабель и высокоскоростной свитч. Преимущества грузовика очевидны: для передачи одного эксабайта данных в интернете уйдет более 26 лет при соединении на скорости 10 Гбит/сек — по одному из самых скоростных проводных подключений. Но даже если использовать канал данных на 100 Гбит/с, грузовики все равно справятся быстрее — эксабайт перекачают примерно за полгода.
Распределенный и безопасный блокчейн
Если с Bitcoin еще непонятно, выживет ли валюта или умрет, не справившись с особенностями собственной архитектуры, то механизмы блокчейна, по всей вероятности, получат широкое распространение. Децентрализованные базы данных, криптографически гарантирующие неизменность внесенной в них информации, обеспечат управление бизнес-транзакциями в рамках цифровой экономики, но не только. Блокчейн обеспечивает прозрачность любой сделки между покупателем и продавцом, а также высокий уровень безопасности и возможность отслеживать статус доставки продукции в режиме реального времени.
Идея блокчейна позволяет гарантировать бесперебойную работу в различных сферах жизни. В Украине запустили систему голосования, построенную на технологии блокчейна — E-vox — чтобы бороться с коррупцией в государственном секторе. На текущий момент система представляет собой прототип умного контракта в сети Ethereum.
Платформа Bittunes позволяет музыкантам без лейблов продавать песни поклонникам. Mediachain использует блокчейн для построения глобальной базы авторских прав для фотографов, позволяя отслеживать перемещения изображений по интернету. Соцсеть Steemit по технологии блокчейна вознаграждает (криптовалютой) участников за генерацию контента.
Существуют десятки других идей, как блокчейн может повысить скорость обмена ценной информацией (устраняя посредников), обеспечивая при этом надлежащий уровень безопасности, однако не все в мире можно решить с помощью блокчейн-проектов.
Децентрализованный и зашифрованный
Когда речь заходит о реальной безопасности, не в последнюю очередь вспоминают о Tox. Tox — это протокол обмена информaцией, суть работы которого похожа на работу сервиса BitTorrent Sync. Протокол Tox позволяет обмениваться сообщениями, файлами, совершать аудио-видео звонки, и многое другое: для почтового сообщения используется Toxmail, для получения доступа к удаленному рабочему столу используется Toxscreen и так далее.
В Tox нет выделенных серверов, есть полное end-to-end шифрование данных, весь исходный код открыт для изучения. Для шифрования используется криптографическая библиотека NaCl. Безопасность (вернее, сам способ пирингового обмена информацией) накладывает определенные ограничения на взаимодействие участников Tox: отсутствует синхронизация между различными устройствами и нет возможности нормально реализовать offline-сообщения.
Очевидно, что следующий шаг в сторону подлинной безопасности — это создание альтернативных каналов связи. Tor, I2P, Freenet и другие известные способы сохранения видимой безопасности работают по тем же каналам связи, что предоставляют нам провайдеры, в то время как, например, mesh-сети могут быть вообще изолированы от интернета. Очевидно, что в будущем продолжится развитие протоколов, которые позволят пользователям обмениваться информацией в условиях блокировки или полного краха существующих систем.
Тема не новая, еще несколько лет назад компания Serval Project занялась разработкой средств, позволяющих использовать мобильные телефоны без подключения к сотовой сети. В общем, это можно делать и самостоятельно, с использованием Wi-Fi, но в компании предложили устройство Serval Mesh Extender, расширяющего диапазон действия открытых сетей до 10 км. В Serval Mesh используются те же телефонные номера, что и в обычных сотовых сетях, благодаря чему можно соединяться с помощью программы Serval Mesh с другими абонентами напрямую. При этом голосовая связь, сообщения и файлы передаются в зашифрованном виде.
Для участия в mesh-сетях не нужно даже знания программирования. Такие устройства как Mesh Potato позволяют поднимать собственные ячеистые сети там, где традиционными методами сделать этого нельзя. Для строительства управляемых mesh-сетей используются различные протоколы: например, B.A.T.M.A.N. — расшифровывается как The Better Approach To Mobile Adhoc Networking.
Новые квантовые протоколы
Технологии квантовых коммуникаций и квантовой криптографии, такие как квантовое распределение криптографических ключей, должны обеспечить тот уровень безопасности, который невозможности достичь в стандартных для индустрии алгоритмах шифрования. Когда стало известно о нескольких вариантах хакерских атак на защищенные линии, стали прорабатываться методы противодействия.
Физики из MIT предложили способ, аналогичный по стойкости шифру Вернама (с точки зрения криптографии, невозможно придумать систему безопаснее шифра Вернама), в котором каждый новый ключ передается внутри основного сообщения с помощью пространственных модуляторов света (изменяя интенсивность светового пучка).
Чтобы повысить количество бит, передаваемых в одном фотоне, и позволить нескольким клиентам одновременно и безопасно получать информацию, исследователи из Венского университета и Автономного университета Барселоны запутали три фотона (вместо использования стандартного метода парного запутывания). Этот тип асимметричной запутанности позволяет обмениваться данными с третьей стороной.
Тройная запутанность позволяет переместить квантовую информацию от стандартного кубита в кудит (единица квантовой информации, способная хранить в одном разряде более двух значений: 3 — кутриты, 4 — куквадриты и т.д.), в котором передаваемая информация может быть увеличена за счет одновременного кодирования спиновых состояний и движения частицы в трех измерениях. Кудит-системы (многоуровневые квантовые системы) могут функционировать как комплекс обычных кубитов. Некоторые кудиты на базе атома позволяют проще реализовать квантовую телепортацию, ранее доступную только в трех двухуровневых системах кубитов.
IoT и автомобильные протоколы
В то время как смартфоны, кажется, застряли в развитии, стандарты связи продолжают эволюционировать. Но если про 5G, iBeacon, mesh-сети уже многие знают (и о них множество статей на Хабре и Geektimes), то про LTE Direct от Qualcomm мало кто слышал (одна статья на Хабре). Qualcomm предложила использовать LTE-модуль для прямой связи (без базовых станций) с другими устройствами (телефонами и датчиками) на расстояние до 500 метров. И mesh-сети строить никто не мешает.
Для этого телефон отправляет пакет данных из 128 бит информации. Каждое устройство с поддержкой LTE Direct собирает данные от всех окружающих аналогичных устройств и пропускает их через фильтр, настроенный пользователем или мобильным приложением. Для работы системы необходимо, чтобы оператор связи выделил под нее 1–2% имеющегося у него частотного спектра LTE.
LTE Direct превосходит по дальности (и экономии энергозаряда) NFC, Bluetooth и Wi-Fi и может работать там, где не работают (не существуют) эти сети. С марта по май 2016 года в Шанхае Qualcomm проводила одно из самых масштабных испытаний технологий. За 9 недель 400 участников осуществили 180 000 LTED взаимодействий между устройствами.
Эксперименты продолжаются. И хотя реальных коммерческих решений пока нет, есть проект Cellular-V2X, построенный на LTE Direct — технология подключения транспортных средств друг к другу (V2V, Vehicle-to-Vehicle), с пешеходами (V2P), с инфраструктурой проезжей части (V2i), с сетью (V2N) и со всем вместе взятым (V2X). V2X — одна из ключевых технологий будущего, которая предоставит новые возможности для водителя:
- обеспечивает получение уведомлений о возможных опасностях и 360˚ обзор в условиях отсутствия прямой видимости, например, на слепых перекрестках;
- позволяет автомобилям ездить на минимальных расстояниях друг от друга, оптимизируя дорожный трафик;
- предоставляет возможность собирать данные о событиях дальнейшего дорожного трафика, когда движение останавливается или замедляется.
Подключенные автомобили станут частью интернета вещей, будут общаться с другими машинами, обмениваться данными, предупреждать водителей о возможных столкновениях. И, кроме того, они станут обмениваться информацией с вашим домом, офисом, смарт-устройствами, действуя в роли цифрового помощника, знающего весь ваш распорядок дня.
Заключение
Мы все еще находимся в пределах экспоненциального роста, в рамках которого прогнозы часто оказываются ошибочными. Но, как и во всяких показателях, растущих слишком быстро, рано или поздно станет появляться «стенка» геометрической прогрессии, когда начнут срабатывать факторы, замедляющие рост. Аналогию можно привести на примере скоростного транспорта: лошади, первые машины, поезда, самолеты. И вот вы уже замечаете, что не можете добраться в Амстердам быстрее, чем летит самолет.
В области связи уже явно наметилась тенденция менять «поезд» на «самолет». Вопрос в том, будет ли что-то за пределами технологий, которые сейчас легко назвать перспективными?
Автор: Mail.Ru Group
