dxdt.ru: занимательный интернет-журнал

Как я уже упоминал, для нового выпуска “Доменных имён“, посвящённого истории Интернета, мы с Артемием Ломовым написали статью “Сценарии конца Интернета“. Сейчас статья доступна на сайте журнала, в PDF, рекомендую. Небольшая цитата:

Некоторые умные люди небезосновательно утверждают, что вероятность любого события тождественно равна нулю до его наступления и тождественно равна единице – после. Например, почти ровно 100 лет тому назад, в первой половине апреля 1912-го, вероятность гибели «Титаника» как раз оценивалась всеми здравомыслящими людьми как нулевая. Любое пророчество о том, что первый же рейс станет последним для непотопляемого лайнера, не могло быть воспринято иначе, чем инфернальный бред. Однако все мы хорошо знаем, что случилось дальше.

Спустя считаные минуты после того, как вероятность катастрофы стала в точности равной единице, носовая часть расколовшегося надвое «Титаника» врезалась в океанское дно со скоростью порядка 13 миль в час, зарывшись в осадочные породы. И человечество, надо сказать, еще легко отделалось – к счастью, в данной точке пространства-времени не оказалось проложенного по дну трансатлантического кабеля магистральной сети связи с пропускной способностью в несколько сотен гигабит в секунду.

Да, текст, местами, художественный, но некоторые из упомянутых в статье сценариев уже просматриваются в реальности. Итак, вот, ещё раз, ссылка на PDF.

Очень популярны разные двумерные геометрические коды (пример: QR-коды), они нынче повсюду. Вот связанная с кодами идея для современного технократического квеста: изготавливаем прозрачный стеклянный шар с непрозрачными включениями, особым образом размещёнными по всему объёму шара. При освещении шара с помощью фонарика под определённым углом, тени, отбрасываемые включениями на лист бумаги, который также расположен определённым образом, собираются в QR-код. Код можно прочитать смартфоном или другим подходящим считывателем, в нём – ответ на загадку. (Понятно, что вместо шара можно взять куб, пирамиду и так далее. Можно использовать несколько деталей.) Задача выглядит занятно.

Хотел оставить для “Технократического юмора по выходным”, но, пожалуй, прямо сейчас вытащу из комментариев занятную тему. Речь о древнегреческом оптическом телеграфе, использующем водяные часы – он описан в недавней заметке. Основная идея там в том, что сообщения передаются с помощью синхронных часов, связывающиеся стороны ждут одинаковое время и считывают соответствующее сообщение со специальной шкалы: в случае с водяными часами – эта шкала прикреплена к поплавку, находящемуся на поверхности воды в сосуде часов.

Так вот, в комментариях подсказывают, что использование синхронных часов, а не прямого сигнализирования факелами, кроме прочего, делает систему секретной. Действительно, для того, чтобы прочитать сообщение, нужна исходная шкала, простого наблюдения за факелами недостаточно.

Скопирую свой комментарий сюда:

Вообще, занятно представить, как могли бы быть построены системы защиты для подобного канала связи. И как можно перехватить сообщение. То есть, скажем, понятно, что огонь факелов видно всем. Направление атаки: можно использовать собственные часы для измерения “длительности” того или иного сообщения, и таким образом восстановить шкалу. Шкала, сама по себе, уже даёт ценную информацию: можно определить повторы одних и тех же сообщений. Другой вопрос: как сопоставить содержание сообщений с метками шкалы? Можно самостоятельно передавать повторы записанных сообщений и смотреть, что там делает принимающая сторона. В современной криптологии это называется “криптографический оракул”.

Продолжаем. Как древние греки с факелами и оптическим телеграфом могут обезопасить себя от подобной техники “прослушивания” канала связи? Есть простой способ: греки должны использовать разные шкалы сообщений, синхронно заменяя их на постах связи по расписанию, после передачи каждого сообщения. Шкалы отличаются интервалами времени, обозначающими каждое сообщение, и расположением сообщений. Это что-то вроде “сеансового ключа”.

Интересно, могут ли греки простым способом исключить подделку сообщений и повторную передачу сообщений, ранее записанных злоумышленником? Да, отчасти, повтор блокируется заменой шкал, но, так как число шкал сильно ограничено, нельзя исключать совпадения ложного сигнала с подлинным сообщением. А применять вторые часы и сложные сигналы факелами вряд ли оправдано: процесс обмена сообщениями слишком усложняется.

(Забавно, что если греки используют на постах связи несколько линеек с заданной шкалой и циркуль, то они могут организовать обмен открытыми ключами наподобие алгоритма Диффи-Хеллмана. Но это уже совсем другая история, да.)

Занимательная схема телеграфирования состояла на вооружении жителей Древней Греции. Водяной (“гидравлический”, если хотите) оптический телеграф. Использовали два идентичных сосуда, заполненных одинаковым количеством воды. На поверхности воды размещается поплавок, снабжённый рисками. Каждая риска – определённое фиксированное сообщение. Сосуды имеют одинаковые сливные отверстия. Понятно, что сосуды разнесены по башням связи, а передача сообщений происходит ночью, из-за использования факелов.

Протокол передачи сообщений такой: сперва устанавливают состояние готовности, для этого передающая сторона поднимает факел, а принимающая, заприметив сигнал и подготовившись к приёму, отвечает тем же; на следующем шаге передатчик опускает факел и одновременно открывает слив воды из сосуда, приёмник делает то же самое. Как только поплавок опустился до нужной риски, передатчик поднимает факел (стоп-бит, да), по этому сигналу приёмник останавливает слив воды и, благодаря тому, что сосуды работают синхронно, считывает сообщение. Если использовать зеркала и солнечный свет, то схема работает и днём.

Какая тут ключевая особенность, необходимая для успешной связи и имеющая важное значение даже в наше время? Правильно, синхронные часы! В случае древних греков с факелами – водяные.

(Иллюстрация к тексту отношения не имеет.)

(На правах технократического юмора.) Обсуждали тут, реально ли переделать Интернет таким образом, что будет невозможно запустить поверх “пиринговую сеть” (то есть, организовать свободный обмен информацией между пользователями), но при этом сохранятся обычные полезные для типичного пользователя функции.

Есть огромная куча проблем с реализацией такой сети при помощи именно современных технологий связи. Ну, скажем, можно придумать, как прочно запретить соединения вида “пользовательское устройство – пользовательское устройство” (для устройств разных пользователей), даже без всякой там криптографии: достаточно доработать NAT и составить глобальный белый список разрешённых соединений, разрешённых серверов. Не ясно другое, как закрыть канал связи через интерактивные функции веб-сайтов. Допустим, мы зафильтровали протоколы, запретили серверам связывать пользователей друг с другом в произвольной манере (это, впрочем, уже убивает некоторые полезные функции, вроде чатов и тому подобных штук). Но ведь пользовательские компьютеры, оснащённые специальным программным обеспечением, смогут организовать обмен через комментарии на сайте, транслирующем, скажем, кино.

Да, текстовый канал можно отслеживать, анализируя записи и убивая всё подозрительное, что не является текстом на естественном языке. Это не исключает связь, прикрытую стеганографией, но гарантированно делает скорость обмена совершенно мизерной – сгодится разве что текстовые петиции распространять. Но остаются файлы изображений, а здесь можно надёжно спрятать довольно большой трафик. Проблема, верно?

В общем, перейду к сути: спорить тут особо не о чем, известно, что сделать такой “закрытый” Интернет можно. Но нужно не только ограничить сервера по белому списку и фильтровать протоколы, а, прежде всего, строго контролировать программное обеспечение, доступное пользователям. Если вы разрешаете работать с Интернетом только “правильным” программам, в которых нет функции “сделать стеганографическую вставку в эту фотографию, которую я только что снял на мобильный телефон”, то проблема решается сама собой. Да, в принципе, можно даже не менять протоколы.

Какой самый лучший способ добиться использования только “правильных” программ? Верно – нужно вынести их “в облако”, предоставив пользователю только интерфейс. Тоже не новость, к сожалению. А в качестве интерфейса должен быть особый тонкий клиент, скорее всего, просто браузер, намертво привязанный к аппаратуре доступа.

(Естественно, можно предложить решение, в котором для подготовки специальных изображений используется другое компьютерное устройство, полученный файл автоматически переливается в защищённый браузер, и так далее. Но это уже не будет доступным для обычного пользователя инструментом.)

(По воскресеньям – немного технократического юмора.)

Существовали (да и сейчас есть) вполне реальные проекты станций обнаружения малозаметных самолётов при помощи наблюдения космических лучей (это потоки элементарных частиц, прилетающих на Землю из космоса). Идея состояла в том, что пролетающий малозаметный самолёт, в силу своей физической природы, будет поглощать одни космические лучи и рассеивать другие, создавая тем самым особую тень. Эту тень можно обнаруживать. Даже если летательный аппарат выполнен совершенно незаметным для классической РЛС, космические лучи он обмануть не сможет.

Можно идею подобного использования элементарных частиц развивать дальше. Например, атомные подводные лодки излучают нейтрино, так как на борту находится ядерный реактор. Собственно, реакторы очень давно являются одним из традиционных источников нейтрино в экспериментах по обнаружению этих частиц. Нейтрино практически не взаимодействуют с веществом, поэтому экранировать их поток не реально. Предположим, что появился эффективный способ детектирования нейтрино. Эффективный – на фоне всех этих современных гигантских нейтринных телескопов, находящихся обычно под землёй или в глубоком озере. Не спрашивайте меня, что это такой за способ – может, он как-то там связан с другими экзотическими частицами, которыми населяют какую-нибудь вакуумную трубку счётчика-приёмника.

Так вот, если такой способ появился, то станции обнаружения нейтрино смогут следить за подводными лодками. Достаточно трёх станций, расположенных на некотором расстоянии друг от друга, чтобы построить трёхмерную картинку хода атомных крейсеров в глубинах океанов. Правда, нужно уметь не только детектировать нейтрино, но и отличать их, привязывая к типам реакторов. Сюрприз состоит в том, что нейтрино действительно бывают разными, а состав нейтринных потоков от реакторов должен быть связан с типом и состоянием топлива.

Идея обнаружения реакторов с помощью сети нейтринных детекторов – старая и вполне себе физически обоснованная, хотя бы в теории. Более того, наверное, и существующие гигантские подземные телескопы можно использовать для её реализации, если бы их было достаточно и они обладали бы большей точностью.

В продолжение комментариев к заметке про управляемые пули. Интересно посчитать, примерно прикинуть, на каких интервалах времени должна работать гипотетическая система, обнаруживающая снайперов путём наблюдения полёта пули. Обнаружить стрелка нужно до того, как пуля поразит цель. Это только на первый взгляд кажется фантастикой. Существуют системы, работающие с куда более быстрыми процессами, чем полёт пули.

Итак, предположим, что скорость пули в момент вылета из ствола винтовки составляет 1000 м/с. Это очень и очень высокая оценка. Обычный винтовочный показатель – 700-900 м/с, для мощного патрона, заметьте. Дистанция до цели – 700 метров. Это довольно далеко (хотя рекордные показатели сейчас превышают километр). Понятно, что на всем протяжении полёта пуля теряет скорость. Да, для очень точных результатов нужно ещё учитывать, что траектория не будет прямой линией. Однако в нашем случае и без этих деталей понятно, что оптимистичная оценка времени полёта – около 800 мс (0.8 с). Важная особенность: получается, что полёт пули будет сверхзвуковым на всём протяжении, так что звуковые детекторы отпадают.

Для наблюдения за пулей используется сенсор, работающий с тем или иным электромагнитным полем (излучением). Пусть это будет специальный лидар, или РЛС миллиметрового диапазона (тут есть свои трудности с выбором технического решения, но это другая история). Для преодоления пути 700*2=1400 м (до винтовки и обратно) сигналу РЛС потребуется примерно 5 мкс (5*10^-6 секунды). То есть, за одну десятую часть времени полёта пули (0.08 с), зондирующий сигнал успеет сбегать до места нахождения снайпера и обратно примерно 16000 раз. Понятно, что требуется время на генерацию зондирующего сигнала и обработку принятого отражённого, и всё такое прочее. Но всё равно масштабы времени столь различаются, что сенсоры нашей гипотетической системы, пока пуля летит, будут успевать сканировать большой сектор пространства.

Вернёмся к одной десятой от подлётного времени. 0.08 секунды. Микропроцессор, работающий с тактовой частотой в 10 МГц и выполняющий одну команду за такт, успеет пробежать программу из 800000 команд. (Если, конечно, программисты не “накосячат” в коде и штука не повиснет раньше.) Это много.

Что в итоге? Во-первых, есть куча времени на то, чтобы промерить траекторию полёта пули (тысячи зондирующих импульсов); во-вторых, есть ещё больше команд вычислителя, которые за то же время рассчитают возможные точки попадания пули. И, естественно, местоположение снайпера. И вот остаётся только один занятный вопрос: а не проще ли будет обнаруживать этой сверхбыстрой суперсистемой не пулю, а самого снайпера, до того, как он выстрелит?

В воскресенье продолжаем тему управляемых пуль. С ними связано много интересных аспектов. Так, например, обычное баллистическое исследование предполагает, что пуля в полёте не корректировалась. Измерения, выполненные в точке попадания пули, помогают определить, где находился стрелок. И, что не менее важно, где стрелок никак не мог находиться. Но методика работает только для истинно “баллистических” пуль. Если пуля активная, то ситуация сильно меняется.

Тут можно сразу построить специальные “теории заговора”, предположив, что кто-то уже давно обладает корректируемыми пулями. Пусть даже их делают по дорогущему спецзаказу, в секретной лаборатории, партией из нескольких штук. Использование такой пули заведомо портит результаты баллистической экспертизы. Впрочем, нужно ещё добиться, чтобы странная пуля при этом не попала в руки к экспертам. Получается противоречие, да.

Можно не строить теорий заговора, а построить теорию дополнительной маскировки для снайпера: сейчас придумывают автоматические системы, которые станут вычислять местоположение стрелка практически в режиме реального времени, проанализировав звук выстрела и пронаблюдав полёт (попадание) пули. Маневрирующая пуля делает работу такой системы гораздо более сложной. И тут противоречий нет.

Если посмотреть на проблематику “самоуправляемых пуль будущего” чуть более системно, то окажется, что там есть три главных инженерных интерпретации задачи. Две – едва ли не реальных, а одна – совсем фантастическая.

Интерпретация первая. Пуля, после того, как покинула ствол, автономно корректирует свой полёт и следует идеальной траектории, как если бы выстрел был произведён из оружия без изъянов, в вакууме. Строго говоря, это вовсе не самонаводящаяся пуля, а лишь “корректируемая”. Отличие от самонаводящейся тут фундаментальное: если за время полёта пули цель переместилась, а стрелок не взял нужного упреждения, то корректируемая пуля промахивается. Иными словами, активная корректируемая пуля – просто демонстрирует сверхстабильный полёт, компенсируя действие внешних (атмосферных) факторов. Цель такая пуля не преследует: хорошо прицелился стрелок – есть попадание; прицелился плохо или цель увернулась – промах.

Второй вариант. Действительно самонаводящаяся пуля: летит не по заданной траектории, а, напротив, сама изменяет траекторию для того, чтобы попасть в цель. Это как раз пуля из фантастических произведений. Стрелок отметил цель, потом выстрелил “как придётся”, примерно в направлении этой цели, а пуля сама наводится, агрессивно маневрируя. Если стрелок неряшливый, то пули потребуется больше энергии для того, чтобы компенсировать ошибки.

В случае с корректируемой пулей решение может быть полностью автономным: внутри пули размещается инерциальная навигационная система, на основе её данных корректируется полёт. Не требуется загружать “на борт” пули какие-нибудь траекторные указатели. Ускорение при выстреле – известно (либо его можно измерить); второй необходимый параметр – длина канала ствола, – также известен заранее. Корректируемая пуля подходит для снайпера и, если вычеркнуть необходимый учёт атмосферных условий при точной стрельбе на большую дальность, вроде бы, не противоречит сложившейся стрелковой практике. При стрельбе по движущейся цели потребуется брать упреждение, вообще нужно выставлять правильные углы прицеливания, учитывая баллистику, ну и так далее – читайте соответствующие наставления, как говорится.

Пуля самонаводящаяся устроена заведомо сложнее, так как здесь ещё требуется либо система связи с прицелом оружия, для передачи целеуказания, либо собственные сенсоры, позволяющие не только “наблюдать” цель, но и распознавать её, либо и то, и другое, и ещё куча электронного барахла на борту – ибо получается уже не пуля, а некая “ракета” (пусть и без двигателя). Заметьте, что из-за размеров пули заведомо возникают большие трудности с размещением сенсоров системы наведения: ни антенны, ни мощного объектива к пуле прикрепить не получится. Тем не менее, проект пули, вокруг которого сейчас некоторая шумиха, как раз представляет собой самонаводящийся вариант.

Ну а третий, фантастический, вариант появляется, если представить, что между самонаводящейся пулей и её целью возникло препятствие. По условиям задачи, пуля умеет маневрировать. Вопрос: может ли она облететь препятствие? Понятно, что информация о текущем положении цели имеется. Есть проблема с детектированием самого этого препятствия и определением его формы. Хотя, на фоне того, что самонаводящаяся пуля уже как-то справляется с селекцией цели, следующий уровень, подразумевающий наблюдение прочих объектов, не выглядит недостижимым. Или всё ж выглядит?