Dual Threats in RIS-Aided RF-UOWC Mixed Networks: Secrecy Performance Analysis under Simultaneous RF and UOWC Eavesdropping

Immaginate internet come un enorme, invisibile fiume di informazioni che scorre attraverso l'aria e sott'acqua. Per decenni, ci siamo affidati a due modi principali per spostare questi dati: la Radiofrequenza (RF), che è come le onde radio che trasportano la vostra musica e le vostre telefonate attraverso i muri e su lunghe distanze, e la Comunicazione Ottica Wireless Sottomarina (UOWC), che utilizza fasci di luce per inviare dati velocemente attraverso l'oceano. Ma c'è un problema: proprio come una trasmissione radio può essere captata da chiunque abbia una radio, e un fascio di luce può essere visto se si guarda nella direzione giusta, questi segnali sono vulnerabili agli "eavesdropper" (intercettatori), ovvero ascoltatori furtivi che cercano di rubare segreti.

Per risolvere questo problema, gli scienziati stanno sperimentando uno strumento hi-tech chiamato Superficie Intelligente Riconfigurabile (RIS). Pensate a una RIS come a un gigantesco specchio intelligente composto da migliaia di minuscole piastrelle programmabili. Invece di limitarsi a riflettere la luce casualmente come un normale specchio, questo specchio intelligente può essere controllato per piegare, focalizzare e indirizzare i segnali esattamente dove devono andare, rendendo il segnale più forte per l'amico intenzionato e più debole per chiunque cerchi di ascoltare. Questo articolo approfondisce uno scenario complesso in cui uniamo questi due mondi — aria e acqua — e ci poniamo una domanda critica: cosa succede se una spia cerca di rubare il messaggio segreto contemporaneamente sia dalla parte aerea che da quella sottomarina del viaggio?

Gli autori di questo articolo, pubblicato nell'agosto 2024, hanno costruito un modello matematico dettagliato per simulare questo scenario di "doppia minaccia". Hanno immaginato un sistema in cui un messaggio viaggia da una sorgente a un relè utilizzando onde radio (con l'aiuto di uno specchio intelligente), e poi da questo relè a una destinazione finale sott'acqua utilizzando fasci di luce (sempre con l'aiuto di uno specchio intelligente). Hanno testato tre situazioni specifiche: una spia che ascolta solo la parte radio, una spota che ascolta solo la parte della luce sottomarina, e lo scenario più pericoloso in cui due spie lavorano insieme, una sul lato radio e una sul lato sottomarino, cercando di rubare il messaggio simultaneamente.

Utilizzando la matematica avanzata, i ricercatori hanno derivato nuove formule per calcolare quanto sarebbe sicuro il sistema. Non hanno solo tirato a indovinare; hanno eseguito milioni di simulazioni al computer (chiamate simulazioni Monte Carlo) per verificare se la loro matematica corrispondesse alla realtà. I loro risultati suggeriscono che aggiungere più "piastrelle" agli specchi intelligenti (specificamente sul percorso principale) rende la connessione molto più sicura, mentre avere più piastrelle sugli specchi della spia rende molto più difficile mantenere i segreti. Hanno anche scoperto che il tipo di acqua è importante: l'acqua salata, che disperde la luce, danneggia la sicurezza del collegamento sottomarino più dell'acqua dolce. Interessantemente, hanno scoperto che l'uso di un metodo di rilevamento specifico chiamato "rilevamento eterodina" (che è come usare un orecchio supersensibile per sentire un sussurro) funziona meglio per la sicurezza rispetto al metodo standard.

Il risultato più sorprendente, tuttavia, riguarda le spie. L'articolo suggerisce che il sistema è più vulnerabile quando il nemico attacca sia il collegamento radio che quello sottomarino contemporaneamente. Sebbene gli specchi intelligenti possano aumentare significamente la sicurezza, lo studio indica che se l'ambiente sottomarino è troppo turbolento (a causa di bolle d'aria o cambiamenti di temperatura) o se la spia ha una linea di vista molto chiara, la sicurezza può diminuire. Gli autori concludono che, sebbene questa configurazione a doppia minaccia sia la sfida più grande, l'uso di specchi intelligenti sia nella sezione aerea che in quella sottomarina della rete offre un modo promettente per rendere sicure le nostre future comunicazioni 6G, a patto di gestire attentamente l'ambiente e il numero di piastrelle degli specchi utilizzati.