Podmořské optické kabely – Jak přehlížíme význam a bezpečnost této kritické infrastruktury

Když se řekne podmořské optické kabely, člověk si matně vybaví, že už to někdy slyšel, a že to přenáší data mezi kontinenty. Pravděpodobně ho ale nenapadne, že vše, co dělá na svém počítači, se více či méně spojuje právě s těmito datovými superdálnicemi. A z toho vyplývá náš současný geostrategický problém, tedy naše závislost na této infrastruktuře.

Představte si situaci, že někdo takový kabel či dva nebo více, poškodí. Nebo že by se nějaká společnost, která daný či dané kabely vlastní a provozuje, rozhodla přístup omezit, výrazně zpoplatnit či vypnout. Co nastane? Kromě toho, že nebudete moci procházet statusy na sociálních sítích a sledovat poslední novinky na streamovacích službách, tak také nevyhledáte jedinou stránku či informaci na internetu, zastaví se vaše firemní data, nedostanete se k vašim osobním datům na cloudu, nenajdete cestu na mapách, s nikým se po internetu nespojíte, a mnoho dalšího. Prostě offline.

To je však ale pouhý zlomek toho, co by ve skutečnosti nastalo. Pokud by se přerušilo několik zásadních podmořských optických kabelů, například pod Atlantikem, neproudily by burzovní data, obchodní informace, zpravodajství, konferenční hovory, kabelové televizní vysílání, mezinárodní komunikace, byla by narušena činnost státu, činnost armád, nefungoval by online obchodní dodavatelský systém zboží, takže by bylo narušeno zásobování, atd.

Vzhledem k tomu, že se jedná o takto závažnou a kritickou infrastrukturu, podobnou vysokonapěťové elektrické síti, by si člověk řekl, že na ni bude kladen velký bezpečnostní důraz. Ovšem, opak je pravdou. Stejně jako v případě kritických bodů vysokonapěťové elektrické sítě a s ní spojených klíčových evropských trafostanic nebo velkých datových skladů, jsou optické kabely stejně tak známé, kde se nacházejí, a jejich vstupní body z pevniny do moře či oceánu jsou taktéž známé.

Dalo by se říct, že pokud se přeruší jeden kabel, nic to neznamená, máme další kabely v záloze a prostě jako v případě elektrické sítě, přepneme jiný směr na jinou dráhu. A to se i skutečně děje, nehody se stávají, kabely se přerušují a data proudí dále. Stejně tak elektrická síť, když spadne nějaký ten kabel či se přeruší někde vedení, odřízne to maximálně několik tisíc obyvatel a rychle se to vyřeší.

To ano, ale stejně tak jako daná elektrická síť, která hrozí v Evropě blackoutem každý den několikrát, i poškození podmořských optických kabelů mají následky, jako například při zemětřesení u Tchaj-wanu, kde bylo přerušeno osm podmořských optických kabelů vedoucích do Číny najednou a kde na většině území spadl internet a datové sítě obecně. Oprava trvala 49 dní a pracovalo na ní intenzivně 11 opravářských lodí [1].

Historie optických sítí

Historie optických sítí se začala psát ve 20. letech minulého století, kdy skotský vynálezce John Logie Bard [2], zkoušel přenášet obraz po kabelu, který byl spleten z několika stovek skleněných vláken, což se nezdařilo. Dále ve vývoji pokračoval po druhé světové válce, ovšem také bez úspěchu. Až americký vynálezce Theodore Maiman [3] v roce 1960 vyzkoušel pustit do skleněných vláken paprsky laseru a navýšil tak kapacitu přenosu desetitisícinásobně. Ztráta signálu činila 90 % na dvaceti metrech kabelu.

V roce 1966 odhalili George Hocham a Charles Kao [4] v přelomové studii, že technologie je správná, ovšem problém činí znečištění skla ionty přechodových kovů, které rozptylují signál [5]. Taktéž zjistili, že nejlepším materiálem pro výrobu optických kabelů je křemík. Tento objev vedl k výrobě kabelu s novým typem skleněných vláken, bez nečistot, který snížil útlum signálu z 1 000 dB na 5 db na kilometru kabelu.

Od prvního přenosu po optickém kabelu, kterým byly v roce 1980 zimní olympijské hry v Lake Placid v USA a kde byl použit již kabel s tzv. vicevidovým vláknem [6], nastal velký rozvoj těchto nových optických sítí jako celku. Posledním zásadním zlomem v technologii bylo zavedení tzv. vlnového multiplexu, který umožnil na jednom vláknu pouštět více optických signálů a navýšila se tak mnohonásobně kapacita a rychlost. Z tehdejších přelomových 100 Gb za sekundu jsme se ovšem v současnosti posunuli mnohem dál, na Tb za sekundu.

Historie podmořských kabelů

Podmořské kabely optických sítí hrají v dnešní době zásadní roli v přenosu informací, kdy obsluhují až 98 % datového toku [7]. Jedná se samozřejmě jen o jednu z částí celého procesu, jsou zde pozemní optické kabely, směrovače, opakovače, přepínače a pochopitelně samotná koncová zařízení. Podmořské kabely jsou ale nejdelší částí tohoto řetězce.

První podmořský kabel byl položen mezi Velkou Británií a Evropou v roce 1850 a jednalo se o telegrafní kabel. První podmořský oceánský kabel byl položen roku 1858 mezi Irskem a Kanadou, také ve formě telegrafního spojení. Rychlost byla 25 slov za minutu.

Skutečný datový optický podmořský kabel byl položen až roku 1984 mezi Velkou Británií a Belgií. První transatlantický optický podmořský kabel s názvem TAT-8 byl položen roku 1988 a měl kapacitu 280 Mb/s, což byl ekvivalent 40tis telefonních kanálů najednou. Spojoval Spojené státy, Velkou Británii a Francii [8]. Jednalo se však o zásadní milník v datovém spojení mezi kontinenty, které umožnilo globální rozvoj internetu.

Pokládání podmořských optických datových kabelů je velmi nákladné, nejen finančně, ale i časově. Vzhledem k velkým vzdálenostem v řádu tisíců až desetitisíců kilometrů trvá položení takového kabelu klidně i měsíce či roky. Aby se snížil útlum signálu, je každých 50-100 km integrován tzv. opakovač signálu, který známe i ze satelitní, mobilní či bezdrátové internetové komunikace.

Poslední atlantický kabel s označením TAT, TAT-14 byl položen v roce 2001 s kapacitou 640 Gb/s, což je ekvivalent 9,7 miliónu telefonních kanálů najednou. Byl složen ze čtyř optických vláken, z nichž měl každý 16 vlnových délek, každá o 10 Gb signálu. Posledním položeným atlantickým kabelem byl v roce 2015 tzv. GTT Express, který má kapacitu 100 vlnových délek o kapacitě 100 Gb/s, celkem tedy 53 Tb/S [9].

Kapacita tedy výrazně vzrostla, nicméně ani to dnešnímu světu nestačí, a proto je mnoho společností, zejména velkých světových mobilních operátorů, které pokládají další a další kabely. Zároveň se přidaly velké technologické společnosti, které pokládají vlastní kabely na zajištění propojení serverů po celém světě.

Současnost podmořských kabelů

V poslední době je rychlost a objem přenosu dat novým zlatem, a to zejména v dnešním turbulentním epidemiologickém období, kdy je většina oborů, od školství po průmysl, odkázáno na on-line provoz, a to především v té nejnáročnější disciplíně, oblasti přenosu audio-vizuálních dat, tedy konferencí a přednášek, a to s mnoha účastníky najednou.

Člověk by si řekl, že pokud se jedná například o vysokoškolskou přednášku či běžný pracovní konferenční hovor, kde jsou připojeni uživatelé jen z jedné země, tak že data běhají pouze po lokální síti a nemají s podmořskými datovými kabely nic společného. Tak tomu ale není, neboť pokud použiji například aplikaci Zoom, pak by měla data proudit mezi účastníky přes servery společnosti Zoom, která je má pro střední a východní Evropu v Německu, přesto ale proudily a proudí přes servery v Číně, za což si zasloužily velkou kritiku, neboť je zde oprávněné podezření z monitorování obsahu [10]. V takovém případě se bavíme o desítkách tisíc kilometrů optických kabelů, přes které taková přednáška či hovor proudí, z nichž i v tomto případě hrají největší podíl podmořské kabely. Dokážeme si tak představit jejich vytíženost.

V současné době je síť podmořských optických kabelů již velmi široká, jak je znázorněno na mapě výše, a stále přibývají nové, které pokládají soukromé společnosti, zejména technologické, jako Google, Facebook, či Amazon, které mají samy o sobě enormní datovou zátěž mezi svými uživateli. Celkově je dnes položených 420 optických podmořských kabelů s celkovou délkou 1,1 miliónů kilometrů a stále se pokládají nové s lepší technologií a větší propustností dat [12].

Například, společnost Google oznámila v polovině roku 2020 začátek pokládání nového optického atlantického kabelu s názvem Grace Hooper [13], který by měl být hotový v roce 2022, a který by měl směřovat z New Yorku do Bude ve Velké Británii a Bilbao ve Španělsku. Tento nový optický kabel, který je 6 300 km dlouhý, citelně posílí datové spojení mezi Spojenými státy a Velkou Británií, neboť se jedná o první kabel mezi těmito zeměmi od roku 2003. V zásadě bude poskytovat svou kapacitu celému internetu, posílí ale zejména také služby společnosti Google, primárně jejich mailovou a cloudovou službu. Kapacita kabelu je 32 optických vláken, což spolu s novou architekturou směrovačů bude dle společnosti Google výrazný krok vpřed [14]. 

Samotný Google má v provozu již tři vlastní podmořské kabely, Curie ze Spojených států do Jižní Ameriky, pak Dunant od Spojených států k Francii a Equiano, který vede okolo západního pobřeží Afriky od Portugalska po Jihoafrickou republiku [15]. Spolupracoval a spolupracuje však na výstavbě dalších 15 podmořských kabelů. Jen za období let 2016 až 2018 investovala společnost Google do této infrastruktury 47 miliard amerických dolarů [16].

Dalším výrazným investorem, krom společnosti Amazon a mobilních operátorů, nemluvě o armádních projektech, je společnost Facebook, která obsluhuje více než 2 miliardy uživatelů po celém světě a má velmi náročnou službu na přenos dat. Společnost Facebook pokládá v konsorciu dalších společností, jako je China Mobile, MTM, Vodafone a Orange, více než 37 tisíc kilometrů dlouhý podmořský kabel okolo celého afrického kontinentu. Projekt s názvem 2Africa má za cíl zlepšit dostupnost internetového připojení a tím i služeb společnosti Facebook více než 1,3 miliardě lidí, kteří na kontinentu žijí [17]. Dle vyjádření společnosti Facebook poskytne tento podmořský kabel třikrát větší síťovou kapacitu než všechny ostatní kabely připojené ke kontinentu dohromady. Společnost Facebook spoluvlastní dalších 10 podmořských datových kabelů.

Společnost Amazon spoluvlastní dva podmořské kabely, jinak si kapacitu kupuje, a plánuje samostatnou výstavbu také. Společnost Microsoft spoluvlastní tři podmořské kabely.

Budoucnost podmořských kabelů

S výrazným rozšířením 5G sítí nové generace a masivního rozvoje tzv. internetu věcí bude datová kapacita v následujících letech významně nabírat na síle. Do budoucna tedy bude nutné kapacitu podmořských datových kabelů rozšiřovat, a to i s ohledem na stárnutí a snižování kapacity již položených kabelů, neboť plánované rozvoje satelitního připojení, jako je například Starlink, nebude stačit na takový objem dat, který každou sekundu proudí po světě.

Jen pro představu se za jeden den odhaduje přenos 2,5 quantiliónu bytů dat od cca 4,39 miliardy uživatelů internetu. Jen Google zaznamenává přes 4,5 miliónu vyhledávání každou vteřinu, v celku až 6,4 miliardy hledání každý den. Okolo 1 miliónu lidí se loguje do sítě Facebook každou minutu. Více než 4,5 miliónu videí je streamováno na YouTube každých 60 sekund. Přes 55 tisíc fotografií je uploadováno na síť Instagram každou minutu. Každou minutu se odhaduje zaslání 188 miliónů emailů [18]. A kapacita s epidemií stále roste. 

Internet věcí, který zahrnuje od propojování automobilové dopravy v rámci samořiditelných vozů, přes komunikaci ledničky s oblíbeným obchodním řetězcem, po RFID čipy v knihách a správu on-line výpůjček v knihovně, bude pracovat s extrémním datovým tokem. Tyto toky musí někudy proudit, a nejrychlejším a nejefektivnějším způsobem jsou optické sítě, z nichž převážná většina jsou podmořské optické datové kabely. Pokud do toho zapojíme zvýšení datového toku skrze sítě páté generace, kdy se odhaduje, že datová spotřeba mobilních telefonů vzroste pětinásobně, a čím dále více konzumace audiovizuálního obsahu, ať již na osobních počítačích či přes streamovací služby na televizích, tak je jasné, že datový přenos může vzrůst desetinásobně i více.

Vzhledem k pomalé výstavbě nových podmořských kabelů, jejich náchylnosti na poškození, a opotřebení těch starých, se můžeme dostat do situace, že bude datový přenos záměrně zpomalován, či prioritizován tomu, kdo zaplatí více.

Bezpečnostní hrozby

Jak jsme uvedli výše, podmořské optické kabely obsluhují drtivou většinu datového toku na zemi. Jejich kapacita je omezená a jejich položení vyžaduje výrazné finanční a časové zdroje. Riziko jejich poškození je tedy velké a muže být eliminováno pouze většími náklady na výstavbu, kdy se vybírají bezpečnější trasy, nebo aktivní ochranou například dronovými ponorkami.

Hrozby jsou v zásadě tři hlavní, jedny z pohledu klasického poškození, při zemětřesení a vulkanické podmořské činnosti, druhé z pohledu záměrného poškození a třetí bez fyzického poškození, ovšem s krádeží přenášených dat. V každém případě se jedná o kritickou infrastrukturu, bez které se moderní lidstvo neobejde, která je navíc relativně volně přístupná, a která není snadno a rychle nahraditelná.

Jako příklad můžeme kromě zemětřesení u Tchai-wanu uvést sérii otřesů u egyptského pobřeží v roce 2008, které poškodily podmořské optické kabely a zasáhly 60 miliónů uživatelů v Indii, 12 miliónů v Pákistánu, 6 miliónů v Egyptě a 4,7 miliónů v Saudské Arábii. Zde se pracuje i se scénářem, že byly tyto otřesy způsobeny záměrně výbušninami, aby se přerušil datový transfer informací a zastavil se chod internetu v daných zemí. Tyto a mnoho dalších incidentů včetně historie a důležitosti této infrastruktury, jsou popsány v knize The undersea network od Nicole Starosielski z roku 2015 [19].

Na závěr

Dle výše uvedených informací je jasně patrné, že se jako moderní lidstvo bez podmořských optických kabelů neobejdeme, ba jsme na nich zcela závislí. Jedná se o klíčovou, geostrategickou a kritickou infrastrukturu, kterou je pomalé a drahé postavit, ale naopak je snadné ji narušit či zničit. O této infrastruktuře máme podrobné mapy, víme, kde kabely vchází do moří a oceánů, a jaké jsou jejich přesné trasy. Do budoucna budeme na tyto datové superdálnice spoléhat více a více, a naše závislost se bude výrazně prohlubovat s tím, jak bude datový tok ovlivňovat naše životy od nákupů po řízení auta, stále více. Tyto podmořské kabely mají dlouhou historii plnou výzkumu a vynálezů, ustálený současný stav vývoje a nepříliš možné další extrémní zlepšení dané technologie.

Přesto je tato kritická infrastruktura málo chráněná, prakticky neviděná běžným světem, který ji bere jako samozřejmost a neuvědomuje si její důležitost, a takřka bezbranná proti zásahu zvenčí. Plynovody, elektrická rozvodná síť, ropovody, jsou všechny brané jako strategické a klíčové. Ovšem datové infrastruktury, včetně velkých datových skladů, si všímá málokdo. Předpokládám, že si to ale jednotlivé země uvědomují, neboť pokud by chtěl někdo zaútočit na celosvětový obchod, způsobit paniku na burze, přerušit tok zpravodajských informací, či prostě jen poslat na pár týdnů lidstvo do offline režimu, pak mu stačí se zaměřit právě jen na tyto podmořské dálnice.

Tento příspěvek patří do sekce Blogy je názorem a postojem autora a nemusí nutně odrážet názory a postoje Epoch Times.

[1] Undersea Cables Transport 99 Percent of International Data. Newsweek [online]. USA: NEWSWEEK DIGITAL, 2021, 2.4.2015 [cit. 2021-01-17]. Dostupné z: https://www.newsweek.com/undersea-cables-transport-99-percent-international-communications-319072

[2] I, Calder, Ovassapian A a Calder N. John Logie Baird-fibreoptic pioneer. Journal of the Royal Society of Medicine [online]. 2000, 93(8), 438-439 [cit. 2021-02-12]. ISSN 01410768.

[3] BENSON, Alvin K. Great Lives from History: Inventors and Inventions. 3. 2010, 753-756. ISBN 9781587655296.

[4] Charles Kuen Kao. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2021, 7.6.2020 [cit. 2021-01-17]. Dostupné z: https://cs.wikipedia.org/wiki/Charles_Kuen_Kao

[5] HOCKHMAN, George a Charles KAO. Dielectric-fibre surface waveguides for optical frequencies. Proceedings of the Institution of Electrical Engineers. 1966, 1966(113), 8. Dostupné také z: https://digital-library.theiet.org/docserver/fulltext/piee/113/7/19660189.pdf?expires=1610838428&id=id&accname=guest&checksum=4BD04C7F9A0315FEDBCE85993E16A630D

[6] CRISP, John. JOHN CRISP. Introduction to Fiber Optics. 2005. Amsterdam: Newnes, 2005. ISBN 9780750667562.

[7] Undersea Cables Transport 99 Percent of International Data. Newsweek [online]. USA: NEWSWEEK DIGITAL, 2021, 2.4.2015 [cit. 2021-01-17]. Dostupné z: https://www.newsweek.com/undersea-cables-transport-99-percent-international-communications-319072

[8] TAT-8. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2021, 19.12.2020 [cit. 2021-01-17]. Dostupné z: https://en.wikipedia.org/wiki/TAT-8

[9] History of the Atlantic Cable & Undersea Communications: from the first submarine cable of 1850 to the worldwide fiber optic network. Atlantic Cable [online]. USA: Bill Burns, 2021, 5.9.2020 [cit. 2021-01-17]. Dostupné z: https://atlantic-cable.com/Cables/speed.htm

[10] Zoom is giving paid users more control over where their calls are routed, after it got slammed for ‚mistakenly‘ using data centers in China. In: Business Insider [online]. New York, USA: Business Insider, 2021, 13.4.2020 [cit. 2021-01-17]. Dostupné z: https://www.businessinsider.com/zoom-data-routing-control-china-servers-2020-4

[11] Submarine Cable Map [online]. Carlsbad, USA: PriMetrica, 2021 [cit. 2021-01-17]. Dostupné z: https://www.submarinecablemap.com

[12] ROUTLEY, Nick. Map: The World’s Network of Submarine Cables. Visual Capitalist [online]. Vancouver, Canada: Visual Capitalist, 2021, 24.8.2017 [cit. 2021-01-17]. Dostupné z: https://www.visualcapitalist.com/submarine-cables/

[13] Google is building a huge undersea fiber-optic cable to connect the U.S. to Britain and Spain. CNBC [online]. New York, USA: CNBC, 2021, 28.7.2020 [cit. 2021-01-17]. Dostupné z: https://www.cnbc.com/2020/07/28/google-undersea-cable-grace-hopper.html

[14] Announcing the Grace Hopper subsea cable, linking the U.S., U.K. and Spain. Google [online]. Irsko: Google, 2021, 28.7.2020 [cit. 2021-01-17]. Dostupné z: https://cloud.google.com/blog/products/infrastructure/announcing-googles-grace-hopper-subsea-cable-system

[15] Google rozšíří vlastní internetové kabely pod mořem. Propojí USA, Velkou Británii a Španělsko. E15 [online]. Praha: CZECH NEWS CENTER, 2021, 28.7.2020 [cit. 2021-01-17]. Dostupné z: https://www.e15.cz/byznys/technologie-a-media/google-rozsiri-vlastni-internetove-kabely-pod-morem-propoji-usa-velkou-britanii-a-spanelsko-1371937

[16] Complete List of Google’s Subsea Cable Investments. Submarine Cable Networks [online]. United Kingdom: Winston Qiu, 2021, 2.7.2019 [cit. 2021-01-17]. Dostupné z: https://www.submarinenetworks.com/en/insights/complete-list-of-google-s-subsea-cable-investments

[17] FRYDLEWICZ, Jiří. Facebook pokládá obří podvodní kabel kolem celé Afriky, má přinést internet miliardě lidí. E15 [online]. Praha: CZECH NEWS CENTER, 2021, 17.5.2020 [cit. 2021-01-17]. Dostupné z: https://www.e15.cz/zahranicni/facebook-poklada-obri-podvodni-kabel-kolem-cele-afriky-ma-prinest-internet-miliarde-lidi-1369712

[18] KARKI, Dhruba. Can you guess how much data is generated every day? Takeo [online]. New York: Takeo, 2021 [cit. 2021-02-12]. Dostupné z: https://www.takeo.ai/can-you-guess-how-much-data-is-generated-every-day/

[19] STAROSIELSKI, Nicole. The Undersea Network. Durham, USA: Duke University, 2015. ISBN 978-0-8223-5755-1.