ابرطوفان های خورشیدی: برنامه ریزی برای یک آخرالزمان اینترنتی

سنگیتا عبدو جیوتی محقق دانشگاه کالیفرنیا، ایروین و تحقیقات VMware در مقاله ای که سال 2021 منتشر کرده است،  با بررسی تاثیر طوفان های خورشیدی بسیار که باعث قطعی اینترنت در مقیاس بزرگ در سراسر جهان و برای ماه های طولانی می شود؛ چالش هایی که جهان با آن روبرو می شود  را بیان می کند. این محقق معتقد است آمریکا بیشتر از آسیا در معرض تهدید قطعی اینترنت است.

به گزارش نوید صنعت نیوز، بازتاب خبری از ناسا مبنی بر مدل سازی طوفان خورشیدی ناشی از پرتاب جرم تاجی در منطقه برخورد زمین توسط ناسا و پیش‌بینی طوفان تا نیمه روز اول دسامبر(جمعه) که منجر به قطعی گسترده در اینترنت می شود ما را برآن داشت تا در رابطه با وضعیت قابل پیش بینی تحقیق کنیم.
عبدوجیوتی وقوع این پدیده را محتمل می داند و می نویسد: رویدادهای شدید سیاه، یا رویدادهای نادر و غیرقابل پیش‌بینی هستند که می‌توانند به طور قابل توجهی مسیر زندگی ما را تغییر دهند. نویسنده در مقاله منتشر شده بیان می کند: اینترنت نقش مهمی در کمک به ما برای مقابله با همه‌گیری کروناویروس، یک رویداد قوی سیاه اخیر، ایفا کرده است؛اما پژوهشگران و مدیران اینترنت بیشتر نسبت به یک رویداد قوی سیاه دیگر که تهدید مستقیمی برای زیرساخت اینترنت است، غافل ستند.
در این مقاله، تأثیر طوفان‌های خورشیدی بسیار شدید را که می‌توانند باعث قطعی اینترنت در مقیاس بزرگ در سراسر جهان و به مدت چندین ماه شوند، بررسی می‌شود. با استفاده از داده‌های واقعی، مقاومت زیرساخت اینترنت فعلی را تحلیل می‌کند و نشان می‌دهد که کابل‌های زیردریایی بیشتر از کابل‌های زمینی در معرض خطر شکست هستند. علاوه بر این، آمریکا نسبت به آسیا خطر بیشتری برای قطع شدن دارد. در نهایت، مراحلی را برای بهبود انعطاف‌پذیری اینترنت ارائه می‌دهد.

در این مقاله با طرح این سوال که چه اتفاقی می‌افتد اگر اینترنت جهانی فروپاشی کند؟ بیان می شود: قطعی حتی چند دقیقه‌ای می‌تواند منجر به ضررهای عظیم برای ارائه‌دهندگان خدمات و خسارت‌هایی در سیستم‌های سایبر-فیزیکی شود. تأثیر اقتصادی یک قطعی اینترنت برای یک روز در آمریکا بیش از ۷ میلیارد دلاربرآورد شده است. اگر شبکه برای روزها یا حتی ماه‌ها غیرکارآمد باقی بماند؟ این بدترین حالت است که خوشبختانه ما در تاریخ اخیر با آن روبرو نشده‌ایم.
در این بخش از مقاله، نویسندگان راجع به تهدیدی که طوفان‌های خورشیدی برای زیرساخت اینترنت دارند، صحبت می‌کنند. آن‌ها می‌گویند که طوفان‌های خورشیدی می‌توانند باعث ایجاد جریان‌های الکتریکی زائد در کابل‌های زیردریایی و زمینی شوند و آن‌ها را خراب کنند. این خرابی می‌تواند منجر به قطعی ارتباطات بین قاره‌ها و کشورها شود و تأثیر منفی بر روی خدمات اینترنتی مانند بانکداری، تجارت، آموزش و سلامت داشته باشد.
نویسندگان می‌گویند که طوفان‌های خورشیدی بسیار نادر هستند ولی ممکن است در آینده رخ دهند. آن‌ها مثالی از یک طوفان خورشیدی بزرگ در سال ۱۸۵۹ می‌آورند که باعث شد تلگراف‌ها در سراسر جهان قطع شوند و حتی آتش‌سوزی ایجاد کنند. آن‌ها می‌گویند که اگر چنین طوفانی امروز رخ دهد، زیرساخت اینترنت را به شدت آسیب می‌زند.
یکی از بزرگترین خطراتی که اینترنت را با تأثیر جهانی تهدید می‌کند، طوفان خورشیدی قدرتمند است. اگرچه انسان‌ها از این طوفان‌ها توسط میدان مغناطیسی زمین و جو محافظت می‌شوند، اما می‌توانند به زیرساخت‌های انسان‌ساخته آسیب زیادی بزنند.
جامعه علمی به طور کلی از این تهدید آگاه است و تلاش‌های مدل‌سازی و اقدامات پیشگیرانه‌ای را انجام می‌دهد، به ویژه در زمینه شبکه‌های برق . اما جامعه شبکه به طور عمده این خطر را در طراحی توپولوژی شبکه و سیستم‌های جغرافیایی توزیع شده مانند DNS و مراکز داده نادیده گرفته است.
یک انفجار جرمی تاجی (CME)، که به عنوان طوفان خورشیدی شناخته می‌شود، یک انتشار جهت‌دار از یک جرم بزرگ از ذرات بسیار مغناطیسی از خورشید است. وقتی زمین در مسیر مستقیم یک CME قرار داشته باشد، این ذرات خورشیدی مغناطیسی و باردار با میدان مغناطیسی زمین تعامل خواهند داشت و چندین اثر را ایجاد می‌کنند. علاوه بر نمایش‌های شگفت‌انگیز قطبی، آن‌ها جریان‌های القایی زمینی (GIC) را بر روی سطح زمین از طریق القای الکترومغناطیسی تولید می‌کنند. بر اساس قدرت CME، در موارد شدید، GIC قابلیت ورود و آسیب رساندن به کابل‌های فاصله زیادی که شامل ستون فقرات اینترنت هستند، را دارد.
بزرگترین رویدادهای خورشیدی در سال‌های ۱۸۵۹ و ۱۹۲۱ رخ دادند، خیلی قبل از ظهور تکنولوژی مدرن. آن‌ها باعث قطعی گسترده برق و آسیب قابل توجه به شبکه ارتباطی روز، شبکه تلگراف، شدند.
احتمال وقوع رویدادهای هواشناسی فضایی شدیدی که تأثیر مستقیمی بر زمین دارند، بین ۱.۶ تا ۱۲ درصد در هر دهه برآورد شده است. مهم‌تر از این،

خورشید در سه دهه گذشته در دوره فعالیت کمی بود که از آن به تدریج در حال خروج است. از آنجا که این فاز کم فعالیت خورشیدی با رشد سریع تکنولوژی بر روی زمین همزمان بود، ما درک محدودی از اینکه آیا زیرساخت فعلی مقاوم در برابر CMEهای قدرتمند است یا نه، داریم.
در این مقاله، تهدیدی را که طوفان‌های خورشیدی برای زیرساخت اینترنت دارند، تحلیل می‌کند و مراحلی را برای کاهش اثرات آن ارائه می دهد. براساس یافته های این مقاله فیبر نوری خودش در برابر GIC مقاوم است اما تکرارکننده‌هایی که برای تقویت سیگنال‌های نوری در فواصل ۵۰ تا ۱۵۰ کیلومتری قرار دارند، با استفاده از یک رسانا تغذیه می‌شوند. این تکرارکننده‌ها در معرض خطر شکستن توسط GIC هستند که می‌تواند منجر به عدم قابل استفاده بودن کابل شود.

ماهواره‌های GPS و ارتباطی که به طور مستقیم در معرض طوفان‌های خورشیدی قرار دارند، در طول رویداد ارتباط خود را از دست می دهند، به اجزای الکترونیکی آسیب می رسد و در بدترین حالت، از مدار خارج شده و به زمین باز خواهند گشت. به ویژه ماهواره‌های مدار پایین زمین مانند StarLink.
در این مقاله تأثیر طوفان خورشیدی روی سیستم‌های مختلف اینترنت در مناطق مختلف با آزمایش های طراحی شده را تحلیل می‌کنند. آزمایش‌های گروه محقیق چندین بینش جالب در مورد توپولوژی اینترنت و آسیب‌پذیری‌های آن ها را ارائه می‌دهند. اولین، توپولوژی نسبت به توزیع کاربر اینترنت متمایل است. ترکیب بندی زیرساخت در عرض‌های بالاتر که بیشتر در معرض خطر طوفان‌های خورشیدی هستند، بیشتر است. دوم، کابل‌های زیردریایی بیشتر از کابل‌های زمینی در معرض خطر هستند، به خصوص به دلیل طول‌های بزرگتر آن‌ها. سوم، مناطق مختلف به طور متفاوتی تحت تأثیر قرار می‌گیرند. آمریکا به شدت در معرض خطر قطع شدن از اروپا است. اروپا در یک مکان آسیب‌پذیر قرار دارد اما به دلیل وجود تعداد بیشتری از کابل‌های کوتاه‌تر، مقاومت بیشتری دارد. آسیا نسبتاً دارای انعطاف‌پذیری بالاتری است که سنگاپور به عنوان یک مرکز با اتصال به چندین کشور عمل می‌کند.
سرورهای ریشه DNS کمتر آسیب‌پذیر هستند چون به شدت جغرافیایی توزیع شده‌اند. مراکز داده گوگل دارای انعطاف‌پذیری بهتری نسبت به فیس‌بوک هستند. یک بخش بزرگ از سیستم‌های خودمختار در عرض‌های بالا حضور دارند، اما اکثریت آن‌ها به یک منطقه جغرافیایی کوچکتر محدود شده‌اند.
این مقاله نتایج یافته های اولین مطالعه‌ای را ارائه می‌دهد که تهدیدهایی را که برای زیرساخت اینترنت توسط یک رویداد با خطر بالا: طوفان‌های خورشیدی، وجود دارد، تحلیل می‌کند.
یافته ها چندین نقطه ضعف را در طراحی توپولوژی اینترنت فعلی و زیرساخت‌های جغرافیایی توزیع شده مرتبط مانند DNS و سیستم‌های خودمختار شناسایی کرده است و نشان می‌دهد که توزیع زیرساخت اینترنت نسبت به جمعیت کاربر متمایل است. اجزای زیرساخت اینترنت در عرض‌های بالاتر که در معرض خطر رویدادهای خورشیدی هستند، متمرکز شده‌اند. همچنین تأثیر جریان‌های القایی زمینی را بر روی اجزای مختلف زیرساخت بررسی می‌کند. در نهایت یافته های این پژوهش میتواند به چگونگی برنامه ریزی و آماده سازی حوادث خطرناک در قطع اینترنت سراسرس، به اپراتورها کمک کند.
لینک مقاله : https://ics.uci.edu/~sabdujyo/papers/sigcomm21-cme.pdf