Учёные впервые получили математически идеальную случайность — она может усилить защиту шифрования
Исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) сообщили о достижении, которое десятилетиями считалось практически недостижимым: создании последовательности чисел с доказуемо идеальной случайностью.
На первый взгляд задача кажется простой. Однако даже самые качественные игральные кости, монеты и современные генераторы случайных чисел на практике оказываются слегка предвзятыми. Некоторые результаты появляются чуть чаще других из-за мельчайших физических несовершенств. Для большинства задач это не имеет значения, но в криптографии даже минимальные отклонения могут создавать потенциальные уязвимости.
Команда под руководством физиков Ренато Реннера и Андреаса Валльраффа предложила способ устранить эту проблему. Их метод получил название «усиление случайности» (randomness amplification).
Изображение овцы, зашифрованное с использованием обычной случайности (в центре) и сертифицированной идеальной случайности из эксперимента ETH (справа). Только идеальная случайность превращает изображение целиком в шум.Источник: ETH Zurich
Для эксперимента учёные использовали два сверхпроводящих квантовых бита, охлаждённых почти до абсолютного нуля и соединённых 30-метровой линией передачи. Кубиты находились в состоянии квантовой запутанности, при котором измерение одного объекта мгновенно связано с результатом измерения другого.
Ключевой элемент работы — усовершенствованная версия теста Белла. Этот эксперимент позволяет проверить, что результаты действительно определяются квантовой природой системы, а не скрытыми классическими факторами.
Даже для выбора способа измерения исследователи намеренно использовали несовершенный генератор случайных чисел. Затем специальный алгоритм обработал полученные данные и извлёк из них последовательность, которая, по утверждению авторов, является математически идеальной случайностью.
По словам Реннера, теперь учёные могут не просто генерировать случайные числа, а подтверждать их случайность с физической точки зрения. Иными словами, речь идёт не о статистически хорошем приближении, а о случайности, которая остаётся случайной независимо от того, какие методы анализа будут разработаны в будущем.
Практическое значение работы может оказаться огромным. Современные системы шифрования, цифровые подписи, криптовалюты, блокчейны и защищённые каналы связи зависят от качества случайных чисел. Если источник случайности содержит даже небольшую предсказуемость, это потенциально ослабляет всю систему безопасности.
Авторы сравнивают свою разработку с атомными часами. Если атомные часы стали эталоном точного времени, то физически сертифицированные квантовые генераторы могут стать эталоном случайности для цифровой инфраструктуры будущего.
© iXBT
