Вчені створили квантовий генератор випадкових чисел. Його пароль не вгадає жоден хакер
Інновації15 вересня 2021, 07:03
Такий захист або спосіб моделювання підходить для більшості випадків, однак іноді нам потрібна абсолютна, справжня випадковість. Адже протоколи безпеки, які працюють на псевдовипадкових числах рано чи пізно стануть вразливими для хакерів, якщо ті зможуть розгадати алгоритм, що стоїть за ключами.
Тому сучасні вчені намагаються розкрити секрет абсолютно випадкових чисел — тих, які неможливо буде розгадати жодним чином. Для вирішення такого завдання необхідно вивчити по-справжньому непередбачувані процеси. Для цього деякі дослідники вивчали космічне випромінювання, землетруси і спостерігали за лавовими лампами.
- Вчені створили першу в історії квантову мережу, наблизивши нас до надбезпечного інтернету. Як вона працює?
- Google хоче створити квантовий комп’ютер, який повністю змінить ваші життя. Ого, а чи це реально?
- Кубик Рубика на максималках. Американські вчені створили комп’ютер, який самотужки відбиває атаки хакерів
Насправді для більшості випадків достатньо псевдовипадкових чисел. Це числа, які здаються випадковими, однак за ними стоїть певний алгоритм, який згодом може почати повторювати сам себе. Також такі числа мають початкове значення — число, яке «відкриває» випадковий ряд. Якщо хакер знає його, він рано чи пізно зможе підібрати ключ, адже комп’ютери ідеально виконують завдання, вирішення якого передбачуване.
«Як виявилося, комп’ютери дуже погано генерують випадкові числа. Гірше за них це роблять тільки люди. Щоб отримати справжню випадковість, потрібно щось дуже незвичайне», — каже технічний директор компанії Cloudflare Джон Грем-Каммінг.
Передплатіть, щоб прочитати повністю
Нам необхідна ваша підтримка, щоб займатися якісною журналістикою
Китайські вчені з Університету науки і технологій в Хефеї й Університету Чжецзян у Ханчжоу звернулися до доступнішого джерела справжньої випадковості: квантові суперпозиції. Принцип суперпозиції коротко можна описати як можливість частинки перебувати одночасно в кількох положеннях — «спін вгору» і «спін вниз». Вимірювання дасть нам 50%-ву ймовірність її розміщення в одному з цих положень.
Аспірант Мерілендського університету в Коледж-Парку порівнює цей процес з підкиданням монетки. Правда, є невелика відмінність — результат вимірювання частки в суперпозиції по-справжньому непередбачуваний, у той час як підкидання монетки — це якраз псевдовипадковість, яку, за наявності бажання й умінь, можна розрахувати.
«Квантові випадкові числа непередбачувані, невідтворені і неупереджені, випадковість яких виникає з внутрішньої недетермінованої природи квантової фізики», — каже Цзюнь Чжан, один з авторів дослідження і творців чипа. Повністю їхню роботу можна прочитати в журналі Applied Physics Letters.
Вони використовували лазерний промінь, розділивши його на дві частини. Їх інтенсивність вимірюється за допомогою детектора з арсеніду індію-галію. На різницю в двох інтенсивностях впливають флуктуації так званого вакуумного стану, який представляє собою квантовий стан, що містить нульові фотони, але все-таки має деяку залишкову енергію. Вимірювання властивостей цього вакуумного стану — наприклад, величини його електричного поля — і дає ці самі випадкові числа. Необроблені дані проганяють через програмовану вентильну матрицю, яка видаляє небажані кореляції і витягує дійсно випадкові числа.
Низка практичних тестів на комп’ютері показала, що отримані числа були по-справжньому випадковими, і не мали за собою ніякого чіткого алгоритму. Отриманий пристрій може генерувати числа зі швидкістю майже 19 гігабіт на секунду, що є новим світовим рекордом. Однак це — не головна його перевага.
Розміри їхнього чипа — 15,6 на 18 міліметрів — менше за SIM-картку, тобто він спокійно може поміститися на кінчику вашого пальця. Більшість сучасних квантових генераторів випадкових чисел набагато більші, що обмежує потенціал їхнього використання.
І хоча прототип чипа вимагає зовнішнє лазерне джерело і підсилювачі для роботи на повну потужність, вчені мають намір створити недорогу його версію для комерційного використання. Єдиною його відмінністю буде лише менша швидкість генерації випадкових чисел — проте навіть її буде цілком достатньо, щоб захистити ваш смартфон, комп’ютер або розумний холодильник.