2026年全民数字素养与技能提升月的主题是“数智赋能 全民共享”。随着6G技术飞速发展，数字生活已触手可及。6G拥有哪些“超能力”？又将如何重塑世界？科普中国联合中国移动科学技术协会推出6G系列深度解读，带您解锁未来新可能。

在日常生活中，我们用手机通话、发送信息时，大多不会担心这些内容被他人窃听。这份安全底气，依托的是各类复杂加密算法和密钥体系的保驾护航。

随着6G和量子计算的快速发展，传统的加密方式面临密钥管理困难和易被量子破解的问题，安全防护迎来严峻考验。由此一种无需密钥加密和解密的混沌超表面物理层安全通信（CIM）方案应运而生，通过混沌系统与超表面结合，为6G时代的无线通信安全构筑了一道坚不可摧的“物理防线”。

一、隐秘战场：无线通信的安全隐患

在当今社会中，无线通信虽然极大地便利了人们的日常生活，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，发送方和接收方必须预先共享密钥，才能完成信息的加密与解密。这就好比两个人想要秘密通信，得先通过一条安全渠道交换开锁钥匙。而密钥交接的过程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。随着移动通信网络传输的数据量与接入设备数量的持续提升，所需密钥数量将呈爆炸式增长，密钥管理难度将进一步提升；同时，量子计算机可以轻易攻破多数已有加密算法。传统加密方式面临着前所未有的安全考验。

二、混沌：让信号“乱中有序”

混沌系统具有独特的随机演化特性，特别适用于信息加密。作为数学中的一个重要分支，混沌理论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独特优势：即使系统初始状态存在微小的差异，该差异也会随着时间的推移呈现指数级放大，产生完全不同的结果。借助混沌加密，每个通信过程就像是用完全不同的“语言”传递信息，即使窃听者截获了前一段信息，也无法预测下一段信息的内容。

三、超表面：驯服电磁波的魔镜

超表面作为电磁波调控大师，可以智能地控制合法方与非法方的电磁信号，使两者的信号差异最大化，因此被视为实现物理层安全通信的重要工具之一。超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幅度。通过改变码字，超表面可以动态地调整电磁信号，不仅能实现能量的精准定向传输，还能给非预期方向引入噪声信号，干扰潜在的窃听者，从而实现物理层安全通信。

图1：超表面的原理

四、当混沌遇上超表面：无需密钥的物理层安全通信方案

依托混沌理论独特的随机演化特性，结合超表面的电磁波调控能力，混沌超表面物理层安全通信（CIM）方案应运而生，从物理层面破解传统无线通信与生俱来的安全隐患。

混沌超表面物理层安全通信方案的核心是超表面混合码字生成技术，将静态聚焦码字与动态混沌码字按权重进行混合，对传输信息进行动态时空加密。对于合法用户来说，该码字近似于静态聚焦码字，因此可以直接获取原始数据，误码率较低，有效保证传输效率。而对于其他所有位置上潜在的非法接收方，该码字引入了高度随机的噪声信号，误码率高达46.9%，使得原始信息无法被解析。两种码字混合比例的权重根据信道状态等信息得到，巧妙平衡了传输效率与安全性。

上述方案的原理也可以做这样一个类比：在一个智能音乐厅中，演唱者（发射机）在舞台上演唱（发送信号），音乐厅的墙壁和天花板覆盖着数以千计的小扬声器（超表面）。当演唱者希望只有特定位置的听众（合法接收者）能清晰听到歌声时，智能系统会计算并调整每个小扬声器的发声参数，使得声音能量精准聚焦到那位听众所在位置。而其他区域的听众（潜在窃听者）只能听到杂乱无章的噪音，完全无法分辨出原始的歌声。更妙的是，这种声音聚焦模式还在不断随机变化，即使窃听者移动位置也无法捕捉到清晰信号。

上述混沌系统与超表面深度融合的新方案突破了传统方法依赖密钥加密和解密的局限，实现了高度安全的物理层安全通信。

图2：基于混沌的超表面安全通信基本原理

五、未来应用：6G时代的安全卫士

混沌超表面物理层安全通信方案为6G时代的无线通信安全提供了革命性技术路径，可广泛应用于各种场景。

1）在军事通信领域，该方案能够确保战场的通信安全，只要对方与合法用户位置不同，就无法解密信息。

2）在金融系统中，该方案可以保护转账和交易指令的无线传输，防止黑客窃取敏感财务信息。

3）在物联网世界，该方案可作为数十亿设备之间通信所需的轻量级安全方案，降低复杂密钥管理的负担。

4）在日常移动通信中，该方案让普通用户也能享受更高级别的隐私保护，不用担心通话被窃听或信息被拦截。

六、未来展望：多场景验证与智能升级

1. 提升硬件集成度与动态调控能力

混沌超表面物理层安全通信方案目前仍处于实验室验证阶段，未来应重点提升单元调控速度与相位分辨率，实现实时、快速的混沌码字切换。同时探索更低功耗、更低成本的集成方案，推动超表面嵌入基站、路由器甚至部分终端设备。

2. 融合人工智能实现智能自适应加密

结合深度学习或强化学习算法，超表面能够根据窃听者位置、业务优先级等因素实时调整混合码字生成策略。例如，利用无线环境感知网络自动识别潜在窃听区域，动态生成最安全的波束聚焦模式，实现“环境感知–混沌码字–电磁调控”的闭环自优化，进一步提升安全性与频谱效率。

3.拓展多场景应用验证与示范工程

除金融等敏感领域外，还可以在城市应急通信、车联网（V2X）等场景中开展示范应用。例如，在交通信号源与车辆之间部署小型超表面，防止路侧通信被恶意干扰或篡改。通过真实环境验证系统在移动性、多用户、强干扰条件下的性能。

通过上述努力，混沌超表面有望在6G时代成为“永不依赖密钥”的物理层安全通信新范式，将作为一位看不见的安全卫士，守护着大家的通信隐私，让每个人都能在数字世界中自由、安全地交流。

作者：苏鑫 中国移动研究院未来研究院研究员

    魏梦麟 中国移动研究院未来研究院研究员

审核：金婧 中国移动研究院未来研究院副院长

策划：阎冬

出品：科普中国