一项突破性研究让无线通信安全迈入新纪元，就像给每个对话加上独一无二的“声音锁”，只有指定接收者才能听清内容。在日常生活中，我们用手机通话、发送信息，从未怀疑过这些内容会被他人窃听。但这份安全感背后，是复杂的加密算法和密钥保护在支撑。随着6G时代即将来临，传统的加密方式面临巨大挑战。中国移动研究院与北京大学、东南大学的研究人员将混沌系统与信息超表面结合，提出了无需密钥解密的物理层安全通信新方案。
隐秘战场：无线通信的安全隐患
无线通信技术如同现代社会的“空气”，无处不在却又难以察觉。从2G到5G，通信速度越来越快，但安全问题始终如影随形。传统加密方法依赖于数字层的复杂算法，需要发送方和接收方共享密钥进行加解密。这就好比两个人想要秘密通信，需要先通过一条安全渠道交换钥匙，本身就是一个风险点。密钥一旦泄露，所有通信内容就如同敞开的书本，毫无隐私可言。特别是在6G时代，万物互联成为现实，传输的数据量呈爆炸式增长，传统加密方式面临着前所未有的挑战。
混沌：让信号“乱中有序”
混沌理论是数学中的一个分支，研究的是动态系统中对初始条件极其敏感的现象。最著名的比喻就是“蝴蝶效应”——一只蝴蝶在巴西拍动翅膀，可能会在德克萨斯引起龙卷风。在科学家的眼中，混沌系统具有高度随机性和对初始条件敏感的固有优势。即使是微小的初始差异，也会随着时间的推移而指数级放大，产生完全不同的结果。
这种特性使得混沌系统极其适合用于信息加密。每个通信过程都像是用完全不同的“语言”进行，即使窃听者截获了前一段信息，也无法预测下一段内容的形式。
超表面：驯服电磁波的魔镜
超材料是一种特殊设计的人工复合材料，拥有自然界中不存在的物理特性。信息超表面则是超材料的一种，可以看作是智能的电磁波调控大师。这种表面由大量亚波长尺寸的元件组成，每个元件都能独立控制电磁波的相位和振幅。通过数字编码模式，信息超表面可以动态地调整电磁信号的反射行为。信息超表面就像是一面智能镜子，不仅能反射电磁波，还能根据指令改变电磁波的方向、强度和相位，实现能量的精准定向传输。
图2：智能超表面的原理
当混沌遇上超表面：“安全墙”的诞生
中国移动研究院团队联合北京大学、东南大学创新地将混沌系统与信息超表面深度融合，突破传统混沌通信依赖密钥解密的局限，形成了一种集合安全、绿色节能的物理层加密传输技术。该方案的核心是“一次一密”混合编码生成技术，实现了动态时空加密，即每次通信都使用完全不同的“声音锁”，非法接收方的信号呈现随机噪声，而合法方可以直接获取原始数据。
实验数据显示，该方案可兼具高安全性、低能耗与向后兼容性等优点，不需要更换现有的发射和接收设备，只需在通信环境中部署混沌信息超表面即可提升安全性。
未来应用：6G时代的安全卫士
这项技术的突破为6G时代无线通信安全提供了革命性技术路径。在未来智能无线电环境中，混沌信息超表面可以广泛应用于各种场景。随着6G时代的脚步临近，无线通信安全将不再依赖于复杂的数学算法和密钥管理，而是建立在物理定律的基础之上。混沌信息超表面技术正如一位看不见的卫士，守护着我们的通信隐私，让每个人都能在数字世界中自由、安全地交谈。
[参考文献]
XU J W, WEI M, ZHANG L, et.al. Chaotic information metasurface for direct physical-layer secure communication[J/OL]. Nature Communications, 2025, 16(1): 5853. DOI:10.1038/s41467-025-60725-1.
审核：金婧 | 未来研究院
作者：苏鑫、魏梦麟 | 未来研究院
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