Голям екип от учени твърди, че е постигнал „сертифицирана случайност“ с помощта на квантов компютър. При класическия компютър никога не може да се получи наистина случайно число, което е една от основните причини компютърните учени да възлагат големи надежди на квантовите компютри. Тъй като тези квантови системи включват известно количество непредсказуемост и ентропия, простото определяне на определени качества в определен момент е случайно по природа. Но кой удостоверява случайните числа и какво можем да правим с тях след това?

Когато поискате от компютъра да ви даде случайно число, кодът зад кулисите прави приблизителна оценка на случайността. Съществуват множество начини за това, включително използване на конкретни данни, като например времето или състоянието на хардуера, и след това кодирането им с помощта на друг специфичен алгоритъм. В общи линии това е като разбъркване на тесте карти, като ги редувате отново и отново, докато резултатите изглеждат случайни за потребителя. Компютърът няма свободна воля или дори понятие за свобода, така че няма как да „избере“ нещо без показатели или зададени стойности.

Честно казано, хората не са по-добри в случайността. Виждаме действително случайни неща и смятаме, че те не изглеждат достатъчно случайни, защото си представяме разпределена случайност, която всъщност е просто друг модел. За да се противопоставим на това, хвърляме зарове или поставяме имена в шапка - но какво да прави компютърът?

В анализ на проектите за квантова случайност от 2016 г. учени от Института за наука и технологии в Барселона и Университетския колеж в Лондон обясняват използваната метрика за желаното ниво на случайност:

„Тук се интересуваме от най-силното определение: N бита са напълно случайни, ако са непредсказуеми не само за потребителя на устройството, но и за всеки наблюдател. От фундаментална гледна точка е трудно да се твърди, че даден процес е случаен, ако може да съществува наблюдател, способен да предвиди резултатите от него. Изискването резултатите да са непредсказуеми за всеки наблюдател гарантира, че генерираната случайност е частна: потребителят, като изпълнява процеса на защитено място, може да бъде сигурен, че никой не знае получените резултати“.

Тази непредсказуемост противоречи на съществуващата компютърна парадигма за случайност, която просто скрива движещите се елементи, които могат да бъдат предсказани с достатъчно знания. И което е важно, тя се различава и от днешната работна парадигма на криптографията.

Нашите начини на криптиране разчитат на компютри, които умножават заедно например много големи прости числа. Произведението на две прости числа ще има само тези две големи числа като значими фактори, така че нещо, криптирано по този начин, ще бъде декриптирано само от някой, който знае поне едно от числата.

Но простите числа са предсказуеми и учените всеки ден разширяват списъка на простите числа до нови територии. В тази парадигма сме защитени от ограниченията на изчислителната мощ за извършване на деление на изключително големи числа. Ето защо всяко поколение криптиране в крайна сметка пада.

В ново рецензирано изследване в списание Nature екип от над 30 автори си сътрудничи за генериране на случайни числа, които преминават успешно теста за сертифициране. В теста си те са използвали компютър с 56 кюбита или квантови битове, които са внимателно изградени работни единици на квантовите компютри. Определени части от информацията се изпращат напред-назад до „ненадежден“ квантов сървър, за да бъдат превърнати в низове от данни, повлияни от ентропията.

Термини като „доверие“ имат специфично значение в криптографията. В света на криптирането на данни съществува постоянно напрежение между методите, които разчитат на частна информация - например ключ за сигурност, притежаван от една или двете комуникиращи машини, - и тези, които извършват цялата си работа с помощта на технология, съхранявана на публични (но все още неразгадаеми) места. Ако вашата система разчита на ключ от какъвто и да е вид, това означава, че някой може да ви хакне и да получи този ключ. (Това е все едно да запишете парола на лист хартия, което ви прави уязвими за често срещан вид хакерство, наречено социално инженерство.)

При този нов метод ключът става ненужен благодарение на силата на случайното число, което се генерира наново всеки път, когато е необходимо ново число, което след това може да бъде сертифицирано като случайно и следователно сигурно. В компютърните системи случайността или псевдослучайността на числата, получени в резултат на различни методи за генериране, е известна като ентропия. Числата, получени чрез новия квантов метод, имат по-голямо количество ентропия в сравнение с дължината на числата. С подходящото оборудване някой, който получава криптирана информация, може да се увери в реално време, че криптирането е динамично и наистина случайно въз основа на тази ентропия.

Резултатите са рандомизирани низове от над 70 000 бита данни. Ако превърна последното изречение от предишния параграф в двоичен код, полученият низ е дълъг само 1384 бита. Цялата история, която сте прочели досега, е дълга около 42 000 бита. Говорим за много, много дълги и случайни низове - твърде дълги и случайни, за да може някой някога да се опита да ги разгадае отвън.

Учените казват, че тяхната процедура води до числа с нива на ентропия, които удовлетворяват метриките и могат да бъдат генерирани за разумно време (в сравнение с мрежовите комуникации от класическите компютри). И тя продължава да опитва, докато не успее. „Идеалният протокол за сертифициране на случайността или прекъсва, което води до „състояние на прекъсване“, или успява, което води до равномерно разпределен низ от битове, който не е свързан с никаква странична информация“, пише екипът.

Снимка: Unsplash

Виж още: Lenovo Yoga 9 2-in-1 14ILL10 (AURA EDITION) – лаптоп с аура на победител (РЕВЮ)