Ténylegesen véletlenszerű számokat generáltak a kvantum mechanika segítségével

A NIST kutatói kifejlesztettek egy módszert, mellyel a kvantum mechanikát kihasználva ténylegesen véletlen számok kaphatók. A felfedezés minden eddigi módszernél hatékonyabb és lényegesen javíthat a kriptográfiás rendszereken.

Az új módszer digitális biteket (nullákat és egyeseket) hoz létre fotonok vagy fény részecskék segítségével, a 2015-ös NIST kísérlet eredményeire építve. A NIST megmutatta hogy az Einstein által csak “kísérteties távolbahatás”-nak nevezett jelenség tényleg létezik. Az új munkában a kutatók megvizsgálták a korábban gyűjtött adatok véletlenszerűségét és hogy azokból képesek e véletlenszerű bitek sorát generálni.

A véletlen számoknak rendkívül nagy jelentőség van az adatok titkosításában, azonban ezek a véletlenszerű számok mégsem teljesen véletlenszerűek, mivel szoftver formulák vagy fizikai készülékek állítják őket elő – és emiatt ezek a számok részben kiszámíthatóak lehetnek, hogyha eddig ismeretlen előrejelezhető faktorok vannak bennük. Ezen az eredményen valamilyen szinten javítanak a rajtuk elvégzett statisztikai tesztek, viszont nem létezik olyan statisztikai teszt, ami képes lenne egyértelműen megmondani, hogy egy adott eredmény tényleg véletlenszerű – és egy ilyen teszt létezése már önmagában veszély forrást jelenthet ha illetéktelenek is hozzá tudnak férni.

“Nehéz garantálni, hogy egy klasszikus forrás valóban kiszámíthatatlan,” mondta Peter Bierhorst a NIST matematikusa. “A kvantum forrásunk és protokollunk hibamentes. Biztosak vagyunk benne, hogy senki sem tudja előrejelezni a számainkat.”

Egy pénzfeldobás végkimenetele például, amíg véletlennek tűnhet, hogyha mégis valaki pontosan végig tudja követni a pályáját képes megmondani a végeredményt, még mielőtt az egyértelművé válna. Ezzel szemben a kvantum véletlenszerűség ténylegesen véletlenszerű.

A kutatás célja az volt, hogy tovább javítsa a NIST által publikusan sugárzott véletlenszerű biteket – melyeket rengeteg biztonsági megoldás is használ.

A kvantum mechanika azért jelent jobb forrást a véletlenszerűségnek mert a szuperpozícióban lévő részecskék mérésének a jelenlegi tudásunk szerint nincs előrejelezhető eredménye. Már a kvantum rendszerek mérése relatíve egyszerűvé vált, azonban a valódi problémát az okozza, hogy nehéz bizonyítani, hogy a mérések alanya valójában egy kvantum rendszer vagy csak egy kvantum rendszernek tűnő klasszikus rendszer – aminek eredményei már kiszámíthatóak lehetnek.

A NIST kísérletében a rendszer kvantum mivoltát egy pár foton összefonódásával igazolják, ami hogyha fennáll, egyértelműen igazolja, hogy a rendszer nem klasszikus, hanem kvantum.

A véletlenszerű számokat két lépésben generálják. Először is egy “Bell teszt” során a kutatók megmérik a foton pár kapcsolatának jellemzőit és abból egy hosszú bitekből álló szálat képeznek. A mérés ideje biztosítékul szolgál arra, hogy ezeket az információkat klasszikus folyamatok nem eredményezhetik. A kapcsolat értékei alapján ezután statisztikailag is meghatározható, hogy tényleg kvantum mechanikai folyamatok játszódnak le és az adatok vizsgálatával meghatározható a kapott szál véletlenszerűsége is.

Mivel a szálon a véletlenszerűség eloszlása nem egyenletes – például elképzelhető, hogy szinte az összes bit 0 és csak egy pár 1-es van benne. Ahhoz, hogy ebből egy olyan szálat kapjanak, amiben 50-50 a nullák és az egyesek aránya, egy további “kivonási” lépésre van szükség. A NIST kutatói ehhez egy szoftvert fejlesztettek, amivel a hosszú szálból egy rövidebb egységesebb szálat tudnak készíteni. Ehhez hagyományos véletlenszerű szám generátorok által létrehozott két szálat használnak, ezzel alapot adva az adatok kivonásához.

A kutatók összesen 55110210 Bell tesztet végeztek – melyek mind két bitet hoztak létre – ezeket aztán 1024 bites csomagokká alakították, melyek hasonlósága az 1 százalék billiomod része.

Már korábban is próbálkoztak a Bell teszt segítségével véletlenszerű számokat készíteni, azonban a NIST módszere az első, ami mentes a kiskapuktól. A módszer végeredménye akkor is véletlen számnak tekinthető, hogyha a készítéséhez használt klasszikus módszerekkel előállított alap szálak bárki által elérhetőek.

Forrás: nature.com

Szerkesztő: arsratio

Oszd meg

Hozzászólás küldése

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.

Ez a weboldal az Akismet szolgáltatását használja a spam kiszűrésére. Tudjunk meg többet arról, hogyan dolgozzák fel a hozzászólásunk adatait..