Reseña

Manipulación segura y eficiente de la información por medio de la luz.

Mención Ciencias Exactas, Físicas y Naturales - 2017

Autores: John Fredy Barrera Ramírez (Coordinador), Alejandro Mira Agudelo, Profesores e Investigadores vinculados a la Universidad de Antioquia, Medellín. Alejandro Vélez Zea, actualmente realizando su doctorado en la Universidad Nacional de La Plata, adscrito al Centro de Investigaciones Ópticas, Argentina.

El trabajo de Investigación es una contribución científica y tecnológica integral que tiene una componente inédita representada por una invención que es un prototipo de un sistema óptico-físico basado en la manipulación de la luz para la protección de información. Como resultados publicados se tiene una patente de invención, 12 artículos publicados en revistas internacionales, 3 publicaciones en congresos internacionales y 2 publicaciones en una revista nacional. Los resultados publicados tuvieron una amplia difusión representada en 4 trabajos presentados en eventos internacionales, 4 trabajos en un evento iberoamericano y 6 trabajos en eventos nacionales. 

En el área de la protección de la información se ha mostrado que los sistemas digitales y electrónicos, que en un momento se pensaron invulnerables, finalmente fueron quebrantados. Por ello todas las áreas relacionadas con la seguridad en la información han presentado un gran desarrollo, entre ellas los sistemas de cifrado que logran la manipulación segura de datos por medio de la luz, que se muestra como una alternativa muy confiable para la protección de datos. 
En este contexto, a inicios de 2013 nos propusimos abordar el siguiente objetivo:
Desarrollar un dispositivo para proteger información de manera segura y eficiente por medio de la manipulación de la luz, con características prácticas que lo hicieran viable como alternativa a los métodos de protección digitales y de hardware.

La primera etapa de las investigaciones planteó la pregunta de si era posible generar un sistema de protección de información basado en la manipulación de la luz que posea un alto grado de seguridad y permita la recuperación de dicha información completamente libre de ruido. Abordar esta pregunta dio como resultado una contribución donde se implementa y demuestra experimentalmente, y por primera vez, dicho tipo de sistema de protección de información sobrepasando los problemas de ruido que no se habían logrado resolver en sistemas ópticos reales hasta ese momento.
Debido al gran impacto y la potencialidad de esta contribución, se decidió iniciar un proceso de protección de propiedad intelectual, en particular de una patente de invención. Por lo tanto, iniciamos tareas de investigación que se centraron en encontrar un sistema de seguridad con mejoras y diferencias significativas al sistema experimental ya publicado. La patente otorgada demuestra avances fundamentales, novedosos y sustanciales en el desempeño del sistema de seguridad basado en la manipulación de la luz, debido a que su arquitectura de encriptación permite proteger una mayor cantidad de información y presenta un aumento significativo en la seguridad del proceso. 
Luego, se llevaron a cabo investigaciones que dieron como resultado dos técnicas para fortalecer la encriptación óptica. Posteriormente, se implementó por primera vez un sistema de encriptación compacto, capaz de encriptar la información de escenas tridimensionales, y también se desarrolló un sistema de encriptación sin lentes. Posteriormente, presentamos por primera vez un contenedor de información diseñado específicamente para ser usado en sistemas ópticos de seguridad, ideal para procesar grandes volúmenes de información.

En nuestra última contribución, presentamos un método novedoso para eliminar gran parte del ruido que introduce el proceso de encriptación sobre la información. Los resultados dan las pautas para el diseño de una nueva generación de sistemas de encriptación óptica libres de la influencia de ruido, sin necesidad de usar contenedores de información, aumentando enormemente las potenciales aplicaciones. 
Desde un principio y en paralelo con nuestras investigaciones, también se abordó la hipótesis que buscaba incorporar, adaptar y/o crear métodos de compresión de datos que mejoraran el desempeño de nuestro sistema de seguridad.
Inicialmente nos centramos en el multiplexado de datos, lo cual permitió hacer más eficientes el procesamiento, almacenamiento y envío de información. Luego presentamos resultados experimentales que demuestran que es posible encriptar la información de objetos tridimensionales. Más adelante, propusimos e implementamos una novedosa técnica de compresión óptica que permite una reducción extrema del volumen de los datos encriptados ópticamente, hasta de un 94.24%. Demostramos que esta técnica tiene un desempeño superior a una de las técnicas de compresión digitales más usadas a nivel mundial. El método de compresión, presenta un gran potencial para la creación de un sistema óptico capaz de procesar grandes volúmenes de información de forma segura y eficiente con gran velocidad y bajo consumo de energía.

Con base en todo el trabajo desarrollado, el impacto y el potencial del sistema de protección para aplicaciones prácticas, decidimos embarcarnos en el desarrollo de un dispositivo con todas las características básicas que lo hagan viable para su adopción comercial.
Las características principales de la invención se pueden resumir en los siguientes aspectos: múltiples arquitecturas de procesamiento óptico, elemento novedoso para la proyección de información, reducción del volumen de datos, alto grado de seguridad, recuperación libre de ruido, portabilidad, usa elementos de bajo costo, es versátil y automatizado, utiliza un código gráfico novedoso hecho a medida, y protege información bidimensional y tridimensional.

Este trabajo permitió sobrepasar limitaciones básicas y fundamentales para la obtención y optimización de un dispositivo que logra proteger información de manera eficiente por medio de la manipulación de la luz, con características que lo hacen viable comercialmente; con un impacto evidente a nivel tecnológico, social, económico y ambiental. En el ámbito académico, permitió el surgimiento de diversas líneas de trabajo relacionadas con la manipulación de la información por medio de la luz.
La patente de invención es la primera que se le otorga al Instituto de Física de la Universidad de Antioquia desde su creación hace 54 años; asimismo es el primer prototipo que se desarrolla en el Instituto con las características adecuadas para iniciar procesos de validación y adopción comercial. Los artículos publicados en revistas internacionales presentan 82 citas y 6912 descargas al 27 de marzo, lo que permite visualizar el impacto e interés de la comunidad científica por estas contribuciones. 
Es importante resaltar que parte del trabajo que se somete a evaluación ha contribuido a la obtención de 2 reconocimientos internacionales, un premio nacional y una distinción universitaria. Asimismo, algunas de las publicaciones han sido reseñadas y/o incluidas en secciones y plataformas científicas de gran prestigio internacional.

Los trabajos desarrollados alrededor de la manipulación segura y eficiente de información no solo nutren el sistema de protección de información, sino que además son la base de desarrollos futuros en todas las áreas relacionadas con la manipulación de información. En particular, han conducido al surgimiento de un área dedicada a la protección y compresión de datos generados en sistemas ópticos reales por medio de procesadores ópticos en lugar de algoritmos digitales.
Las innovaciones desarrolladas poseen las características potenciales necesarias para plantear su adopción práctica, y se vislumbra una transición desde el ámbito estrictamente científico y académico, a un entorno tecnológico con objetivos de comercialización.