Математически идеальная случайность: новый прорыв в защите данных от ученых

Ученые из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) совершили прорыв, десятилетиями остававшийся недостижимым: они разработали методику получения потока данных с математически доказанной идеальной случайностью.

На первый взгляд задача выглядит тривиальной, однако на практике даже самые совершенные генераторы, игральные кости или физические процессы не дают абсолютного результата. Микроскопические изъяны неизбежно вносят в систему статистический перекос. Для большинства сфер это несущественно, но в криптографии даже малейшая доля предсказуемости превращается в критическую уязвимость.

Группа исследователей под руководством физиков Ренато Реннера и Андреаса Валльраффа предложила радикальное решение этой проблемы, внедрив технологию, получившую название «усиление случайности» (randomness amplification).

В ходе эксперимента команда задействовала пару сверхпроводящих кубитов, охлажденных до экстремально низких температур и соединенных 30-метровым каналом связи. Квантовая запутанность гарантировала, что состояние одного из элементов системы неразрывно связано с показаниями другого.

Фундаментом метода стала модернизированная версия теста Белла. Данная процедура позволяет удостовериться, что генерируемые результаты обусловлены исключительно квантовыми процессами, исключая влияние скрытых классических детерминант.

Примечательно, что даже для настройки параметров измерения ученые намеренно использовали «неидеальный» источник чисел. В дальнейшем специальный алгоритм очищал полученные данные, преобразуя их в последовательность, обладающую свойствами математически абсолютной случайности.

Как отмечает Реннер, теперь в распоряжении науки есть не просто статистически приемлемые числа, а поток данных с физически подтвержденной энтропией. Это означает, что случайность данных остается незыблемой вне зависимости от прогресса вычислительных мощностей или методов криптоанализа в будущем.

Потенциал этой технологии огромен. Безопасность современных систем шифрования, протоколов блокчейн, цифровых подписей и каналов связи напрямую зависит от качества генерации случайных чисел. Любая предсказуемость в этом процессе ставит под удар всю защищенность сети.

Исследователи сравнивают свое достижение с изобретением атомных часов. Подобно тому, как последние стали мировым эталоном измерения времени, физически сертифицированные квантовые генераторы могут стать золотым стандартом случайности для всей цифровой архитектуры грядущих десятилетий.

Источник: iXBT