Международная группа ученых разработала систему, которая может генерировать случайные числа более чем в сто раз быстрее, чем современные технологии, проложив путь к более быстрому, дешевому и безопасному шифрованию данных в сегодняшнем мире с цифровой связью.
Система генератора случайных чисел была совместно разработана исследователями из Наньянского технологического университета Сингапура (NTU Singapore), Йельского университета и Тринити-колледжа в Дублине и изготовлена в NTU.
Случайные числа используются для различных целей, таких как создание ключей шифрования данных и одноразовых паролей (one-time passwords (OTPs)) в повседневных процессах, таких как онлайн-банкинг и электронная коммерция, для обеспечения их безопасности.
В системе используется лазер со специальной полостью в форме песочных часов для генерации случайных узоров (паттернов), которые формируются световыми лучами, отражающимися и взаимодействующими друг с другом внутри полости. Читая шаблоны, система генерирует множество серий случайных чисел одновременно (см. рис. 1).
Исследователи обнаружили, что, как снежинки, никакие две числовые последовательности, созданные с помощью системы, не были одинаковыми из-за непредсказуемого характера того, как световые лучи отражаются и взаимодействуют друг с другом в полости.
Используемый в системе лазер имеет длину около одного миллиметра, что меньше, чем у большинства других лазеров. Он также энергоэффективен и может работать с любой бытовой розеткой, так как для него требуется ток всего один ампер (1 А).
Профессор Ван Цицзе (Wang Qijie), ведущий ученый в разработке лазерной системы, на фото с прототипом крупным планом. Фото: NTU Singapore
В своем исследовании, опубликованном в одном из ведущих мировых научных журналов Science 26 февраля 2021 года, исследователи подтвердили эффективность своего генератора случайных чисел с помощью двух тестов, в том числе одного, опубликованного Национальным институтом стандартов и технологий США (US National Institute of Standards and Technology, NIST).
Исследовательская группа доказала, что созданный NTU генератор случайных чисел, который работает быстрее и безопаснее, чем существующие сопоставимые технологии, может помочь защитить данные пользователей в мире, который постоянно всё больше полагается на интернет-транзакции.
Профессор Ван Цицзе (Wang Qijie) из Школы электротехники и электроники и Школы физико-математических наук NTU, а также Института фотоники, который возглавлял команду NTU, участвовавшую в международных исследованиях, сказал: «Современные генераторы случайных чисел, запускаемые на компьютерах, дешевы и эффективны. Однако они уязвимы для атак, поскольку хакеры могут предсказать будущие числовые последовательности, если обнаружат алгоритм, используемый для генерации чисел. Наша система более безопасна, поскольку использует непредсказуемый метод генерации чисел, что делает невозможным копирование даже для тех, кто пользуется таким же устройством для репликации»..
Рис. 1. Система, разработанная NTU, записывает световые узоры, вызванные отражением лазерного луча, которые затем используются для генерации серии случайных чисел. Фото: NTU Singapore
Доктор Цзэн Юнцюань (Zeng Yongquan), научный сотрудник Школы физико-математических наук NTU, который был соавтором лазерной системы, сказал: «Наша система превосходит существующие генераторы случайных чисел, поскольку этот метод может одновременно генерировать намного больше случайных последовательностей информации с еще большей скоростью».
Лазерная система команды также может генерировать около 250 терабайт случайных битов в секунду - более чем в сто раз быстрее, чем современные компьютерные генераторы случайных чисел.
При такой скорости системе потребуется всего около 12 секунд, чтобы сгенерировать совокупность случайных чисел, эквивалентную размеру информации в самой большой библиотеке в мире - Библиотеке Конгресса США.
Разрабатывая будущее системы, команда работает над тем, чтобы сделать технологию готовой к практическому использованию, включив лазер в компактный чип, что позволит генерировать случайные числа, которые можно вводить непосредственно в компьютер.
Источник: Phys.org