Trong nỗ lực nhằm nâng cao chất lượng đường truyền internet, nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học Aalborg, Viện công nghệ Massachusetts (MIT) và Viện công nghệ California (Caltech) đã phát triển kỹ thuật tính toán mới giúp các nút mạng trở nên thông minh và linh hoạt hơn cho phép tốc độ truyền tải dữ liệu qua internet sẽ nhanh hơn gấp 10 lần so với hiện tại. Bên cạnh việc tăng cường tốc độ và tính an toàn của quá trình truyền dữ liệu, kỹ thuật nói trên còn có thể được áp dụng vào mạng di động 5G, liên lạc vệ tinh và tạo tiền đề cho sự phát triển của dự án "Internet of Things" trong tương lai.
Vấn đề của giao thức TCP/IP
Trên lý thuyết, dữ liệu được truyền đi trên internet theo dạng các đoạn thông tin kỹ thuật số hay còn gọi là "gói". Định dạng chính xác của các gói dữ liệu và các quá trình truyền dẫn chúng đến điểm đích được thực hiện thông qua một giao thức được thiết kế vào đầu những năm 1970 với tên gọi là TCP/IP. Đây được xem như cuộc cách mạng trong lĩnh vực truyền thông tin kỹ thuật số của con người. Và cho đến ngày nay, sau 40 năm kể từ lúc hình thành, TCP/IP vẫn đang là yếu tố cốt lõi của mạng lưới internet trên toàn thế giới.
Dù vậy, giao thức kết nối trên đã dần bộc lộ những nhược điểm trong quá trình hoạt động ngày nay. Điển hình như để truyền dữ liệu qua TCP thành công, điểm nhận cần phải thu thập các gói dữ liệu truyền đi theo một thứ tự chính xác. Nếu bất kỳ một gói nào bị mất đi khiến cho giao thức biên dịch bị tắc nghẽn và tốc độ truyền dữ liệu sẽ bị giảm đi một nửa ngay lập tức. Từ đó dẫn đến tốc độ kết nối mạng trở nên vô cùng chậm. Và đây cũng chỉ là 1 trong số những tình huống tệ hại khác mà người dùng phải gánh chịu. Nguyên nhân chính ở đây chính là giao thức không đủ thông minh để hiểu được cần phải làm gì.
Hơn nữa, tuy trên mặt lý thuyết, các gói dữ liệu có thể được truyền từ điểm A đến điểm B theo vô số con đường khác nhau, nhưng thực tiễn đã chứng minh rằng dữ liệu trong kết nối TCP luôn cùng đi dọc theo 1 con đường. Đây chính là nguy cơ khiến việc bảo mật kém an toàn do dữ liệu có thể bị đánh cắp trên quá trình truyền tải. Các nhược điểm cố hữu trên cũng chính là một chủ đề thúc đẩy các nhà khoa học nghiên cứu nhằm tìm cách khắc phục.
Giải pháp "Mạng mã hóa"
2 nhà nghiên cứu thuộc dự án, Morten Videb và Janus Heide
Và giải pháp mà liên minh các nhà nghiên cứu từ Đại học Aalborg, Viện công nghệ Massachusetts (MIT) và Viện công nghệ California (Caltech) đề xuất chính là xây dựng một nền tảng mạng mới mang tên "mạng mã hóa" (Network Coding) với mục tiêu là phát triển các thế hệ nút mạng thông minh hơn so với hiện tại. Nếu như trong giao thức TCP/IP, nút mạng chỉ là các thiết bị chuyển mạch đơn giản giúp lưu trữ các gói dữ liệu và sau đó chuyển tiếp cho những nút liền kề dọc theo đường truyền tải đã định trước thì đối với mạng mã hóa, mỗi nút có thể tự xây dựng các gói tin khi cần thiết. Cụ thể là nút mạng thông minh có thể tái định tuyến hoặc tái mã hóa các gói tin.
Đồng thời, khả năng trên cho phép các nút mạng thông minh có thể chuyển tiếp dữ liệu với mức độ bảo mật cao hơn thông qua việc xử lý thông tin một cách linh hoạt và không theo một lịch trình định trước. Ví dụ như hệ thống mạng mã hóa có thể tận dụng lợi thế của TCP đa tuyến (đang được tích hợp trong iOS 7) để bổ sung thêm một cơ chế mã hóa nữa nhằm tăng cường tốc độ và mức bảo mật của quá trình truyền dẫn dữ liệu. Thậm chí còn cho phép lưu trữ dữ liệu ngay trên các nút mạng trong hệ thống.
Trong một thử nghiệm, nhóm nghiên cứu đã xây dựng một hệ thống mạng mã hóa và chứng minh được tốc độ tuyệt vời của giao thức mới nói trên. Theo đó, một cuộc gọi điện video dài 4 phút đã được truyền nhanh gấp 5 lần so với công nghệ hiện tại. Với tốc độ này, quá trình trò chuyện được thực hiện theo thời gian thực và không hề bị gián đoạn. Theo giáo sư Frank Fitzek, người dẫn đầu nghiên cứu thì thực nghiệm đã cho thấy giao thức mới có tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn từ 5 đến 10 lần so với hiện tại. Đây là công nghệ hứa hẹn sẽ được áp dụng vào truyền thông vệ tinh, mạng di động và cả việc kết nối internet thông thường trên máy tính.
Mạng mã hóa hoạt động như thế nào?
Vậy mạng mã hóa họat động như thế nào? Như chúng ta đã biết, mỗi đoạn video trên Youtube, một đoạn tin nhắn hay một bài hát đều được mã hóa thành chuỗi các con số 0 và 1. Trong giao thức TCP/IP, các nút mạng chỉ có nhiệm vụ xử lý gói dữ liệu bằng cách lưu trữ và chuyển tiếp đến nút kế tiếp. Nhưng trong giao thức mới của giáo sư Fitzek và các đồng nghiệp, nội dung của gói tin được xem như một con số thực và các gói tin được xử lý theo khối. Mỗi nút sẽ tự xây dựng một tập hợp các phương trình tuyến tính, sử dụng cả những con số lấy từ nội dung của gói tin kết hợp với một tập hợp các hệ số được chọn ngẫu nhiên.
Mỗi phương trình tuyến tính tạo thành một "gói mã hóa" với các hệ số được biểu thị trong phần tên của gói mã hóa và mỗi ẩn số chính là nội dung thực của gói (một số thực cụ thể). Nói cách khác, mỗi gói tin mã hóa chứa một con số biểu thị cho phần thông tin tiêu chuẩn nhân cho nhiều hệ số khác nhau. Bạn có thể hiểu nôm na rằng giao thức trên là 1 phương trình toán học duy nhất ứng với mỗi gói tin, và người nhận cần phải có N gói (với các hệ số khác nhau) nhằm giải mã được dữ liệu.
Với kỹ thuật trên, giao thức mạng mã hóa đã giải quyết được vấn đề lớn nhất của TCP/IP chính là không cần phải nhận gói tin theo trình tự do trình tự gói tại nơi gởi và nơi nhận hoàn toàn không có liên quan. Bên nhận chỉ cần nhận đủ N gói tin mã hóa đồng nghĩa với nhận được tất cả các hệ số khác nhau và phương trình sẽ được giải để trả về dữ liệu ban đầu.
Tính linh hoạt của hệ thống thể hiện ở chỗ tất cả các gói tin đều được đồng hóa và hoán đổi cho nhau trong quá trình gởi.Do đó, việc mất 1 gói dữ liệu cũng sẽ không ảnh hưởng đến tốc độ truyền tải nghiêm trọng như đối với giao thức TCP/IP. Cũng bởi tính chất đồng nhất nói trên nên các gói dữ liệu có thể đi theo nhiều con đường khác nhau thay vì chỉ có một con đường như trước. Từ đó, tính bảo mật dữ liệu cũng được tăng lên rất nhiều lần.
Trong thời gian tới, nhóm nghiên cứu sẽ tìm cách áp dụng giao thức mã hóa cho mạng viễn thông 5G. Tiếp theo sẽ là hoàn thiện nhằm phục vụ cho dự án Internet of Things đồng thời hướng tới ứng dụng rộng rãi cho nhiều đối tượng sử dụng khác. Nghiên cứu trên hứa hẹn sẽ tạo nên một cuộc cách mạng về phương pháp truyền tải dữ liệu góp phần thúc đẩy sự phát triển của công nghệ thông tin truyền thông trong tương lai.
