Internet nie jest niezniszczalny

Musimy na nowo przemyśleć kwestię odporności globalnej infrastruktury internetowej – pisze prof. Sangeetha Abdu JYOTHI

Internet jest systemem rozproszonym, który w przeszłości z powodzeniem oparł się wielu klęskom żywiołowym i katastrofom spowodowanym przez człowieka. Jednak obecnie badacze i operatorzy internetu nie biorą pod uwagę zdarzenia mało prawdopodobnego, ale mogącego stanowić poważne zagrożenie. Wyłączenie internetu może nastąpić w następstwie słonecznych superburz. Koronalne wyrzuty masy (CME), popularnie nazywane burzami słonecznymi, są kierunkowymi wyrzutami ze Słońca dużej masy silnie namagnesowanych cząstek.

Kiedy Ziemia znajduje się na bezpośredniej drodze CME, cząstki słoneczne oddziałują z ziemskim polem magnetycznym i wytwarzają pola elektryczne na powierzchni Ziemi. Może to spowodować przepływ prądu indukowanego geomagnetycznie (GIC) w długich przewodnikach na Ziemi, czyli w kablach energetycznych i światłowodowych, dzięki którym istnieje internet.

Na szczęście nie wszystkie CME są wystarczająco silne, aby spowodować znaczne szkody. Szacunkowe prawdopodobieństwo wystąpienia burzy słonecznej powodującej przerwy w dostawach prądu waha się od 1,6 do 12 proc. na dekadę. Jednak ryzyko to nie jest jednakowe w poszczególnych latach. Słońce przechodzi cykle trwające około 11 lat, a prawdopodobieństwo wystąpienia CME jest większe podczas maksimów słonecznych. Co więcej, siła cykli słonecznych zmienia się w przybliżeniu co 100 lat. Współczesny postęp technologiczny zbiegł się z okresem słabej aktywności słonecznej. Oczekuje się jednak, że w najbliższej przyszłości Słońce stanie się bardziej aktywne. Wciąż jednak mamy ograniczone pojęcie o tym, czy obecna infrastruktura technologiczna jest odporna na potężne CME. Nie została przecież przetestowana w warunkach szczytowej aktywności słonecznej.

Największe zjawiska słoneczne miały miejsce w latach 1859 (zdarzenie Carringtona) i 1921. Spowodowały one rozległe przerwy w dostawach prądu i uszkodziły ówczesną sieć komunikacyjną – sieć telegraficzną. Jeśli dziś wystąpi burza o podobnej skali, internet może ucierpieć na dwa sposoby: poprzez bezpośrednie uszkodzenie infrastruktury internetowej lub pośrednio, poprzez przerwy w dostawie prądu. O ile wpływ na sieci energetyczne jest lepiej rozumiany, o tyle wpływ na infrastrukturę internetową możemy przewidzieć w ograniczonym stopniu.

Wyłączenie internetu podczas burz słonecznych

.Najbardziej wrażliwymi elementami infrastruktury internetu są satelity i kable światłowodowe o znacznej długości. Infrastruktura taka jak centra danych może być chroniona przed przepięciami wywołanymi przez CME za pomocą stosunkowo niedrogich tłumików przepięć przejściowych (TVSS).

Satelity, bezpośrednio wystawione na działanie cząstek słonecznych, są zagrożone uszkodzeniami komponentów elektronicznych i dodatkowymi oporami, szczególnie w systemach niskiej orbity okołoziemskiej (LEO), takich jak Starlink, co może spowodować ich rozpad na orbicie czy niekontrolowane zejście w kierunku Ziemi.

Długie kable światłowodowe są podatne na uszkodzenia przez GIC ze względu na obecność w nich przewodnika wzdłuż kabla używanego do zasilania repeaterów.

Ze względu na orientację pola magnetycznego Ziemi wyższe szerokości geograficzne są znacznie bardziej zagrożone. Analiza rozmieszczenia elementów infrastruktury internetowej – punktów końcowych kabli podmorskich, centrów danych, punktów wymiany ruchu internetowego (IXP), serwerów DNS itp. – wykazuje większą koncentrację tych elementów na wyższych szerokościach geograficznych.

Ponadto badanie właściwości połączeń podmorskich ujawnia, że ryzyko nie jest jednakowe w różnych lokalizacjach. Podczas gdy kable podmorskie łączące USA z Azją są bardziej równomiernie rozmieszczone na zachodnim wybrzeżu, kable łączące USA z Europą są skoncentrowane w północno-wschodniej części USA. Dlatego też Stany Zjednoczone są bardziej narażone na utratę połączenia z Europą. Z kolei Azja charakteryzuje się stosunkowo większą odpornością, ponieważ Singapur pełni rolę węzła komunikacyjnego z krótszymi połączeniami z kilkoma krajami i prawie wszystkie kable znajdują się w niższych szerokościach geograficznych.

Analiza odporności infrastruktury internetu

.Pierwszym krokiem w kierunku ilościowego określenia ryzyka związanego z burzami słonecznymi jest opracowanie modeli uszkodzeń kabli podmorskich. Modele GIC zaprojektowane dla sieci elektroenergetycznych nie mogą być bezpośrednio zastosowane do kabli podmorskich z kilku powodów: duża odległość pomiędzy punktami uziemienia poddającymi kabel działaniu wielokrotnych pól elektrycznych (punkty uziemienia są oddalone od siebie o tysiące kilometrów w kablach podmorskich w porównaniu z setkami kilometrów w sieciach elektroenergetycznych), obecność oceanu oraz efekt brzegowy, który wzmacnia indukowane pola elektryczne w pobliżu wybrzeża, gdzie znajdują się połączenia uziemienia kabli podmorskich. Geofizycy prowadzą obecnie prace nad modelowaniem podatności kabli podmorskich na uszkodzenia.

Nawet jeśli zagrożenia zostaną zminimalizowane, internet będzie narażony na przerwy w działaniu spowodowane awariami sieci energetycznej. Dlatego też musimy na nowo przemyśleć kwestię odporności infrastruktury globalnego internetu oraz aplikacji, które na niej bazują.

Można to osiągnąć na wiele sposobów: poprzez poprawę odporności topologii, dodanie kabli w regionach mniej podatnych na zagrożenia oraz zrównoważenie rozmieszczenia elementów infrastruktury na różnych szerokościach geograficznych. Ponadto należy na nowo przemyśleć strategię przygotowania się na uderzenie (CME, który ma swój początek na Słońcu, dociera do Ziemi w ciągu 13 godzin, do 5 dni) i opracować rozwiązania pozwalające na podział internetu.

.Odpowiedzią na możliwe wyłączenie internetu mogą być scenariusze testowe rozszerzone o awarie na dużą skalę i podział sieci internetowej.

Sangeetha Abdu Jyothi