2026年6G安全技术Top1推荐：混沌超表面如何重塑通信未来？

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全民数字素养与技能提升月在2026年将会开展, 其主题是“数智赋能 全民共享。”6G技术在不断快速地发展, 使得数字生活那种形式已经近在眼前了。6G有着何种类别的“超能力”? 它又会以怎样的方式去对世界进行重新塑造? 科普中国合作中国移动科学技术协会推出了6G系列深度解读, 引领您去开启未来全新的可能性。

当我们于日常的生活之中, 借助手机去进行通话以及发送信息之际, 多数情况下是不会担忧这些内容会遭受他人窃听的。而这份安全底气的具备, 所依托的乃是各式各样复杂的加密算法以及密钥体系给予的保驾护航。

伴着6G, 以及量子计算的迅猛发展, 传统加密方式碰到了密钥管理遭遇困难, 并且容易被量子破解的些许问题, 致使安全防护陷入严峻的考验范围, 在此种情形下, 一种不需要利用密钥来进行加密与解密操作的混沌超表面物理层安全通信也就是CIM方案诞生了, 它靠着混沌系统同超表面二者相结合, 给6G时代的无线通信安全构建了一道牢不可破的“物理防线”。

一、隐秘战场：无线通信的安全隐患

于当下社会里, 无线通信虽说极大程度便利了人们日常的生活, 可安全问题却一直如影随形。传统加密办法依赖数字层的复杂算法, 发送方与接收方必须事先共享密钥, 才可完成信息的加密跟解密。这恰似两个人想要秘密通信, 得先经由一条安全渠道交换开锁钥匙。而密钥交接的过程其本身就是一个风险点。密钥一旦泄密, 所有通信内容就如同敞开的书本, 毫无隐私可言。与移动通信网络传输的数据量持续提升一同, 接入设备数量也在持续提升, 于这一情况下, 所需密钥数量会呈爆炸式增长, 进而密钥管理难度会进一步提升；与此同时, 因量子计算机能够轻易攻破多数已有加密算法, 所以传统加密方式面临着那前所未有的安全考验。

二、混沌：让信号“乱中有序”

混沌系统有着独特的、呈现随机演化态势且特性较为特别的情况, 它是较为适合用于信息加密的。混沌理论乃是数学里头一个重要的分支范畴, 其研究的是那种在动态系统里对于初始条件有着极其极高敏感度的现象。有着最为出名的一个比喻那就是“蝴蝶效应”, 有一只蝴蝶它于巴西那地方拍动起了翅膀, 这样的举动很有可能会在德克萨斯导致引发一场龙卷风。在科学家们的那种认知视野当中, 混沌系统具备着高度的随机性以及对于初始条件敏感的别具一格的优势之处: 哪怕该特定系统初始状态存有微小的不一样的地方, 这种差异也会伴随时间的向前推进呈现出指数级别的扩大态势, 进而产生出完全不相同的结果。依托混沌加密, 每一次通信进程, 仿若运用全然各异的“语言”去传达讯息, 哪怕窃听者截取到了先前那段信息, 也不能够对下一段信息的内容作出预测。

三、超表面：驯服电磁波的魔镜

具备电磁波调控才能, 堪称大师的超表面, 能够凭借智慧去操控合法方和非法方的电磁信号, 进而促使二者的信号差异达到极大化, 所以此其一被视作达成物理层安全通信的关键工具之一。超表面靠着许多亚波长尺寸大小的元件构成, 每一个元件均可单独去控制电磁波之中的所具有的相位以及幅度。经由改变码字的方式, 超表面于是能够灵活地调整电磁信号, 既能够达成能量的精确且准确的所指向的传输, 又能够给并非预期方向之处引进噪声信号, 去干扰有可能出现的窃听者, 这般来达成物理层安全通信。

图1：超表面的原理

四、当混沌遇上超表面：无需密钥的物理层安全通信方案

依托混沌理论所具备的独特随机演化特性, 结合超表面拥有的电磁波调控能力, 混沌超表面物理层安全通信也就是CIM方案从而出现产生, 从物理层面去破解传统无线通信天然存在的安全隐患。

混沌超表面物理层安全通信方案的关键重心为, 超表面混合码字的形成技术, 也就是把静态聚焦码字跟动态混沌码字, 依照权重予以混合处理, 并对传送信息开展动态的时空加密操作。在正常规则且没有差错的情况下, 这个作为对于合法用户适用条件来讲, 所述的那些规定以及条件和约束等等, 码字跟静态聚焦码字有相似的程度和状态, 所以能够直接地得到原始的数据, 在数据传输过程中出现错误符号、信号误判等情况地概率也比较低, 能够有效地保障信息以规定的速度传递。可是在其他所有位置上, 存在着潜在的非法接收方, 这个作为对于潜在的非法接收方适用条件来讲, 所述的那些规定以及条件和约束等等下, 该码字带入了高度随机的噪声信号, 在数据发送接收过程中出现错误符号、信号误判等情况地概率高达46.9%, 致使原始信息没办法被分析解读。混合了权重的两种码字比例, 是依据信道状态之类的信息而获取的, 从而能够巧借这种方式平衡传输于其中蕴藏效率这一点, 与安全性这一特性。

做这样一个类比, 上述方案的原理是, 在一个智能音乐厅里, 演唱者也就是发射机在舞台上进行演唱, 这相当于发送信号。这时, 音乐厅的墙壁和天花板覆盖着数以千计的小扬声器, 也就是超表面。当演唱者期望只有特定位置的听众比如合法接收者能清晰听到歌声时, 智能系统会去计算并且调整每个小扬声器的发声参数, 从而让声音能量精准聚焦到那位听众所在的位置。而其他区域的听众也就是潜在窃听者, 只能听到杂乱无章的噪音, 根本无法分辨出原始的歌声。更妙的是, 存在一种声音聚焦模式，它处于持续不断的随机变化当中, 哪怕窃听者移动了位置，也没办法捕捉到清晰的信号。

那个上述的混沌系统, 和超表面深度融合起来的新方案, 突破了传统方法依靠密钥加密、依靠密钥解密的局限, 达成了高度安全的物理层安全通信。

图2：基于混沌的超表面安全通信基本原理

五、未来应用：6G时代的安全卫士

具备超革命性技术路径的混沌超表面物理层安全通信方案, 为6G时代的无线通信安全而设, 此方案能够广泛应用于各种各样的场景之中, 是这样的情况。

1）于军事通信范畴之内, 此方案可担保战场通信之安全, 只要那一方跟合法化用户位置存有差异, 便不能够解密信息。

2）此种方案, 当其处于金融系统里时, 能够对转账予以保护, 还可对交易指令的无线传输起到保护作用, 而且能避免黑客将敏感财务信息窃取走。

3）置身于物联网的天地之中, 此方案能够充当那数十亿设备彼此通信时所必需的, 具备轻量级特质的安全方案, 进而减轻复杂密钥管理所带来的负担。

4）在平常的移动通信里头, 这个方案可以使得普通的用户也能够去享受到更高等级的隐私保护, 不必担忧通话是会被实施窃听或者信息会被进行拦截的。

六、未来展望：多场景验证与智能升级

1. 提升硬件集成度与动态调控能力

目前, 处于实验室验证阶段的混沌超表面物理层安全通信方案, 在未来, 应着重提升单元调控速度以及相位分辨率, 务必要达成实时且快速的、混沌码字的切换, 与此同时, 要探索出更低功耗以及更低成本的集成方案, 以此推动超表面嵌入基站、路由器乃至部分终端设备。

2. 融合人工智能实现智能自适应加密

超表面可结合深度学习或者强化学习算法, 依据窃听者位置、业务优先级等因素, 实时去调整混合码字生成策略。比如说, 借助无线环境感知网络自动识别潜在窃听区域, 动态生成最为安全的波束聚焦模式, 达成“环境感知–混沌码字–电磁调控”的闭环自优化, 进而提升安全性以及频谱效率。

3.拓展多场景应用验证与示范工程

除了金融这类敏感领域之外, 在城市应急通信场景当中能够开展示范应用, 并且在车联网（V2X）等场景里也能够开展示范应用。比如说, 在交通信号源跟车辆这个范围之间去部署小型超表面, 其目的在于防止路侧通信遭受恶意干扰或者被篡改。借助真实环境验证系统, 对在移动性、多用户、强干扰条件之下的性能进行验证。

籍以上种种努力, 混沌超表面存有在 6G 时代蜕变为“永不仰仗密钥”的物理层安全通信全新模式之可能, 会化作一名无形的安全守护者, 庇佑着众人的通信隐私, 致使每个人皆能够于数字世界里畅享自由、安稳地沟通。

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