Жан Клод Москетти | REA | REDUX
Ученые десятилетиями знали, что экстремальная солнечная буря или выброс корональной массы может повредить электрические сети и потенциально вызвать длительные отключения электроэнергии. Последствия будут ощущаться повсюду, от глобальных цепочек поставок и транспорта до доступа в Интернет и GPS. Однако до сих пор менее изучено влияние такого солнечного излучения, в частности, на интернет-инфраструктуру. Новое исследование показывает, что сбои могут иметь катастрофические последствия, особенно для подводных кабелей, поддерживающих глобальный Интернет.
На конференции по передаче данных SIGCOMM 2021 в четверг Сангита Абду Джиоти из Калифорнийского университета Ирвин представила «Солнечные супербури: планирование интернет-апокалипсиса» – исследование ущерба, который быстро движущееся облако намагниченных солнечных частиц может нанести глобальному масштабу. Интернет. Исследование Абду Джиоти указывает на дополнительный нюанс солнечной бури, вызывающей отключение электричества: сценарий, при котором даже при возобновлении подачи электроэнергии через часы или дни массовые отключения Интернета сохраняются.
Впереди хорошие новости. Абду Джиоти обнаружил, что местная и региональная инфраструктура Интернета будет подвергаться низкому риску повреждения даже во время мощной солнечной бури, потому что оптическое волокно не подвержено влиянию геомагнитных токов. Также очень регулярно заземляются короткие участки кабеля. Но для длинных подводных кабелей, соединяющих континенты, риски намного выше. Солнечная буря, которая повредила ряд этих кабелей по всему миру, может вызвать массовую потерю связи, отключив страны у источника, даже оставив при этом местную инфраструктуру нетронутой. Это все равно, что перекрыть поток в многоквартирный дом из-за прорыва водопровода.
«Что действительно заставило меня задуматься об этом, так это то, что с пандемией мы увидели, насколько неподготовленным был мир. Не существовало протокола для эффективного решения этой проблемы, и то же самое с устойчивостью Интернета », – сказала Абду Джиоти WIRED перед выступлением. «Наша инфраструктура не подготовлена к масштабному солнечному явлению. У нас очень ограниченное понимание того, каков будет ущерб ».
Этот информационный пробел в основном связан с отсутствием данных. Сильные солнечные бури настолько редки, что в новейшей истории можно привести только три основных примера. Крупные события 1859 и 1921 годов продемонстрировали, что геомагнитные возмущения могут нарушить электрическую инфраструктуру и линии связи, такие как телеграфные провода. Во время масштабного «события Кэррингтона» 1859 года стрелки компаса дико и непредсказуемо раскачивались, и северное сияние было видно на экваторе в Колумбии. Но эти геомагнитные возмущения произошли до того, как были созданы современные электрические сети. Солнечная буря средней силы в 1989 году вызвала отключение энергосистемы Hydro-Québec и отключение электроэнергии на девять часов на северо-востоке Канады, но это тоже произошло до появления современной интернет-инфраструктуры.
По словам Абду Джиоти, хотя они случаются нечасто, корональные выбросы массы представляют собой реальную угрозу устойчивости Интернета. И после трех десятилетий низкой активности солнечных бурь она и другие исследователи отмечают, что вероятность еще одного инцидента растет.
Подводные интернет-кабели потенциально подвержены повреждениям от солнечной бури по нескольким причинам. Чтобы передавать данные через океаны в целости и сохранности, кабели снабжены ретрансляторами с интервалом примерно от 50 до 150 километров в зависимости от кабеля. Эти устройства усиливают оптический сигнал, гарантируя, что ничего не потеряно при транспортировке, как при броске ретранслятора в бейсболе. В то время как оптоволоконный кабель напрямую не подвержен разрушению из-за геомагнитно-индуцированных токов, электронные устройства ретрансляторов уязвимы, и при большом количестве отказов ретранслятора весь подводный кабель выйдет из строя. Кроме того, подводные кабели заземляются только через длительные интервалы в сотни или тысячи километров друг от друга, что оставляет уязвимые компоненты, такие как ретрансляторы, более подверженными воздействию геомагнитно индуцированных токов. Состав морского дна также варьируется, что, возможно, делает одни точки заземления более эффективными, чем другие.
Вдобавок ко всему, сильная солнечная буря может также вывести из строя любое оборудование, вращающееся вокруг Земли, которое обеспечивает такие услуги, как спутниковый Интернет и глобальное позиционирование.
«В настоящее время нет доступных моделей того, как это могло бы развиваться», – говорит Абду Джиоти. «Мы лучше понимаем, как эти штормы повлияют на энергосистемы, но это все на суше. В океане это еще сложнее предсказать ».
Выбросы корональной массы имеют тенденцию оказывать большее влияние на более высоких широтах, ближе к магнитным полюсам Земли. Вот почему Абду Джиоти больше беспокоит кабели в одних регионах, чем в других. Она обнаружила, например, что Азия подвергается меньшему риску, потому что Сингапур выступает в качестве узла для многих подводных кабелей в регионе и находится на экваторе. Многие кабели в этом регионе также короче, потому что они разветвляются во многих направлениях от этого концентратора, а не образуют один непрерывный участок. Кабели, которые пересекают Атлантический и Тихий океаны на высоких широтах, будут подвергаться большему риску даже при умеренных штормах.
Глобальный Интернет создан для обеспечения устойчивости. Если один путь недоступен, трафик перенаправляется на другие пути, что потенциально может поддерживать соединение даже на пониженных скоростях в случае солнечной бури. Но достаточное повреждение этих жизненно важных артерий приведет к дестабилизации сети. И в зависимости от того, где происходят перебои в работе кабеля, Абду Джиоти говорит, что базовые системы маршрутизации данных, такие как протокол пограничного шлюза и система доменных имен, могут начать работать со сбоями, вызывая прерывистые перебои в работе. Это интернет-версия пробок, которые могут возникнуть, если исчезнут дорожные знаки и погаснут светофоры на оживленных перекрестках в крупном городе.
Северная Америка и некоторые другие регионы имеют минимальные стандарты и процедуры для операторов сетей, связанные с подготовкой к солнечным штормам. А Томас Оверби, директор Центра интеллектуальных сетей в Техасском университете A&M, говорит, что сетевые операторы добились определенного прогресса в снижении риска за последние 10 лет. Но он подчеркивает, что, поскольку геомагнитные возмущения настолько редки и относительно неизучены, все большее значение приобретают другие угрозы, связанные с такими явлениями, как экстремальные погодные явления или кибератаки.
«Отчасти проблема в том, что у нас просто нет большого опыта работы со штормами», – говорит Овербай. «Есть люди, которые думают, что геомагнитное возмущение будет катастрофическим сценарием, а есть другие, которые думают, что это будет менее серьезным событием. Я вроде как посередине. Я думаю, что это то, к чему мы как отрасль, безусловно, хотим быть готовы, и я работаю над разработкой инструментов для оценки риска. Но все же в отрасли происходит много других важных вещей ».
Со стороны инфраструктуры Интернета есть еще больше неизвестных. Абду Джиоти подчеркивает, что ее исследование – это только начало гораздо более обширных междисциплинарных исследований и моделирования, которые необходимо провести, чтобы полностью понять масштаб угрозы. Хотя сильные солнечные бури случаются крайне редко, ставки опасно высоки. Длительное отключение глобальной связи такого масштаба затронет почти все отрасли и людей на Земле.
Эта история изначально появилась на сайте wired.com.
