به گزارش سرویس ترجمه ایمنا، محققان دانشگاه ماساچوست یک تراشه جدید به نام ORBGRAND (بیت‌های قابلیت اطمینان مرتب‌شده GRAND) اختراع کرده‌اند که می‌تواند هر کدی را که برای داده‌های ارسال شده از طریق اینترنت اعمال می‌شود با حداکثر دقت و بازدهی انرژی ۱۰ تا ۱۰۰ برابر بیشتر از روش‌های دیگر رمزگشایی کند.
ارتباطات و اطلاعات ارسال‌شده به‌واسطه اینترنت ممکن است گاهی توسط نویزهایی که به‌واسطه ورود خطاهای گوناگون به داده‌ها ایجاد می‌شود، خراب شوند. برای غلبه بر این مشکل، فرستنده‌ها داده‌ها را پیش از ارسال کدگذاری می‌کنند سپس گیرنده از یک الگوریتم رمزگشایی برای تصحیح خطاها و بازیابی پیام اصلی استفاده می‌کند. این داده‌ها گاهی توسط اطلاعات قابلیت اطمینان دریافت می‌شوند که به رمزگشا کمک می‌کند تا بخش‌های احتمالی انتقال خطا را تشخیص دهد.
محققان دانشگاه ماساچوست یک تراشه رمزگشا را توسعه داده‌اند که از یک مدل آماری جدید برای استفاده از این اطلاعات قابلیت اطمینان به روشی بسیار ساده‌تر و سریع‌تر از تکنیک‌های معمول فعلی استفاده می‌کند. تراشه آنها از یک الگوریتم رمزگشایی جهانی استفاده می‌کند که قابلیت باز کردن هر یک از کدهای تصحیح خطا را دارد. در حالت عادی سخت‌افزار رمزگشایی تنها می‌تواند یک نوع کد خاص را پردازش کند، اما تراشه جدید رکورد رمزگشایی کم‌مصرف را شکسته است و بین ۱۰ تا ۱۰۰ برابر بهتر از سایر سخت‌افزارها عمل می‌کند.
این پیشرفت می‌تواند دستگاه‌های تلفن‌همراه را با تراشه‌های کمتری فعال کند، زیرا آنها دیگر نیازی به سخت‌افزارهای جداگانه برای چندین کد ندارند که این امر باعث کاهش میزان مواد مورد نیاز برای ساخت، کاهش هزینه‌ها و بهبود پایداری می‌شود. با کاهش انرژی فرآیند رمزگشایی، تراشه می‌تواند عملکرد دستگاه را بهبود بخشد و عمر باتری را افزایش دهد که به‌ویژه برای برنامه‌های کاربردی مانند واقعیت افزوده، واقعیت مجازی و شبکه‌های 5G مفید است.
محققان ماساچوست خاطرنشان کردند اولین باری است که کسی سد یک پیکوژول در هر بیت (مقدار انرژی لازم برای انتقال بیت به داخل سیستم) برای رمزگشایی را می‌شکند. این آستانه نمادین بزرگ تعادل گیرنده را تغییر می‌دهد که ممکن است مهم‌ترین بخش از منظر انرژی باشد. به عبارت دیگر می‌توان آن را از رمزگشا به عناصر دیگر منتقل کرد.
مرتب‌سازی هوشمندانه‌تر
داده‌های دیجیتال از طریق یک شبکه به شکل بیت (۰ و ۱) منتقل می‌شوند. یک فرستنده داده‌ها را با افزودن یک کد تصحیح‌کننده خطا رمزگذاری می‌کند که یک رشته اضافی از ۰ و ۱ است و می‌تواند به‌عنوان یک «هش» دیده شود. اطلاعات مربوط به این هش در یک کتاب کد خاص نگهداری می‌شود. یک الگوریتم رمزگشایی در گیرنده که برای این کد خاص طراحی شده است، از کتاب کد و ساختار هش برای بازیابی اطلاعات اصلی استفاده می‌کند که ممکن است توسط نویز به هم ریخته باشد. ازآنجاکه هر الگوریتم مختص یک کد است و بیشتر آنها به سخت‌افزار اختصاصی نیاز دارند، یک دستگاه برای رمزگشایی کدهای مختلف به تراشه‌های زیادی نیاز دارد.
محققان در گذشته به یک الگوریتم رمزگشایی جهانی موسوم به GRAND (حدس زدن رمزگشایی نویز افزودنی تصادفی) دست یافتند که می‌تواند هر کدی را بشکند. GRAND با حدس زدن نویز تأثیرگذار بر انتقال، کم کردن الگوی نویز از داده‌های دریافتی سپس بررسی آنچه در کتاب کد باقی می‌ماند، عمل می‌کند و تعدادی از الگوهای نویز را به ترتیب احتمال وقوع حدس می‌زند.
داده‌ها اغلب با اطلاعات قابلیت اطمینان دریافت می‌شوند که به آن اطلاعات نرم نیز گفته می‌شود. این اطلاعات به رمزگشا کمک می‌کند تا قطعات خطا را تشخیص دهد. تراشه رمزگشایی جدید از این اطلاعات قابلیت اطمینان برای مرتب کردن داده‌ها براساس احتمال خطا بودن هر بیت استفاده می‌کند، اما این عمل به‌سادگی مرتب‌سازی تک‌بیت‌ها نیست و در حالی که غیر قابل اطمینان‌ترین بیت ممکن است محتمل‌ترین خطا باشد از طرفی ممکن است بیت‌های سوم و چهارم غیرقابل اطمینان در کنار هم به اندازه بیت هفتم غیر قابل اطمینان‌ترین خطا باشند. بنابراین ORBGRAND از یک مدل آماری جدید استفاده می‌کند که می‌تواند بیت‌ها را با توجه به امر مرتب کند که چندین بیت با هم به اندازه برخی بیت‌های منفرد احتمال خطا دارند.
این رویکرد کارآمدتر از رمزگشاهای سنتی است که با در نظر گرفتن ساختار کد عملکردی دارند که عموماً برای بدترین حالت طراحی شده است. محققان ماساچوست توضیح دادند که ORBGRAND به محض یافتن یک کلمه رمز، مرتب‌سازی را متوقف می‌کند که این اقدام در اغلب موارد بسیار سریع اتفاق می‌افتد. این تراشه به منظور یافتن سریع‌تر کلمه کد، به‌طور هم‌زمان از موازی‌سازی، تولید و آزمایش الگوهای نویز متعدد استفاده می‌کند. ازآنجاکه رمزگشا پس از یافتن این کلمه به فعالیت ادامه نمی‌دهد، مصرف انرژی آن حتی اگر چندین فرآیند را به‌طور هم‌زمان اجرا کند، پایین باقی می‌ماند.
بازده رکوردشکنی
یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های توسعه تراشه‌های جدید، کاهش مصرف انرژی است. مقایسه رویکردهای قدیمی با ORBGRAND نشان داد که این تراشه جدید فرآیند رمزگشایی را با حداکثر دقت انجام می‌دهد در حالی که تنها ۰.۷۶ پیکوژول انرژی در هر بیت مصرف می‌کند. علاوه بر این مصرف انرژی ORBGRAND بین ۱۰ تا ۱۰۰ برابر کمتر از سایر دستگاه‌ها است و تولید توالی نویز آن به حدی کارآمد است که سایر فرآیندهایی که پیش از این توسط محققان انجام می‌گرفت تلاش‌های بسیار بیشتری را نسبت به این تراشه جدید می‌طلبد، بنابراین رکوردهای قبلی شکسته شد.
با این وجود محققان دانشگاه ماساچوست در حال بررسی راه‌هایی برای تغییر مدولاسیون انتقال هستند تا بتوانند از بهره‌وری بهبود یافته تراشه ORBGRAND بهره بیشتری ببرند. آنها قصد دارند شیوه‌های استفاده از تکنیک جدید خود را برای مدیریت مؤثرتر انتقال‌های متعددی که با یکدیگر هم‌پوشانی دارند مورد آزمایش قرار دهند.
نظر شما