Wanneer we in het geheim moeten communiceren, er is een cryptografische sleutel nodig. Om deze sleutel te laten werken, het moet bestaan ​​uit willekeurig gekozen getallen zonder enige structuur - precies het tegenovergestelde van het gebruik van de geboortedatum van ons favoriete huisdier. Maar, voor een mens, het is buitengewoon moeilijk om te kiezen zonder enige vooringenomenheid te creëren, zelfs door chaotisch op het toetsenbord te slaan. Om dit probleem op te lossen, onderzoekers van de Universiteit van Genève (UNIGE), Zwitserland, hebben een nieuwe generator voor willekeurige getallen ontwikkeld op basis van de principes van de kwantumfysica. Deze natuurkundige theorie, vol verschijnselen die indruisen tegen ons gezond verstand, laat zien dat bepaalde fysieke gebeurtenissen volkomen willekeurig plaatsvinden, waardoor ze onmogelijk te voorspellen zijn. In tegenstelling tot eerdere methoden, het nieuwe systeem stelt de gebruiker in staat om de betrouwbaarheid van de willekeurige getallen die het genereert in realtime te verifiëren. Dit werk, verschijnen in het wetenschappelijke tijdschrift Fysieke beoordeling toegepast , zal de taken van hackers aanzienlijk bemoeilijken die niet langer misbruik kunnen maken van vooringenomenheid als gevolg van menselijke feilbaarheid of mogelijke onvolkomenheden in bestaande apparaten.

Om een ​​goede cryptografische sleutel te genereren, men moet willekeurig afwisselen tussen nullen en enen, de waarden van de zogenaamde bits die de basiseenheid van informatie vormen in digitale apparaten zoals computers. Echter, wanneer wij mensen een reeks getallen proberen te genereren waarvan we denken dat ze willekeurig zijn, het wordt altijd gedeeltelijk voorspelbaar, zoals blijkt uit gedragsstudies en statistieken. In aanvulling, afgezien van een slecht begrip van willekeur, het menselijk brein is ook veel langzamer dan machines, die miljoenen getallen per seconde kan produceren. Dit geeft hackers de mogelijkheid om wachtwoorden te kraken, waarvan de gebruiker dacht dat het veilig was.

Kwantumfysica als sleutel tot veiligheid

De afgelopen twintig jaar, onderzoekers hebben zich tot de kwantumfysica gewend, gekenmerkt door zijn volledig willekeurige en onvoorspelbare processen, voor het ontwikkelen van nieuwe cryptografische technieken, en in het bijzonder het genereren van willekeurige getallen. "Stuur een foton (een lichtdeeltje) naar een semi-transparante spiegel. Ofwel wordt het door de spiegel uitgezonden, of het wordt weerspiegeld. Maar het is onmogelijk, zelfs in principe om van tevoren te voorspellen welk van deze twee gedragingen het zal aannemen. Dit is het basisidee achter het genereren van kwantum willekeurige getallen", legt Nicolas Brunner uit, hoogleraar bij de afdeling Technische Natuurkunde van de Faculteit Wetenschappen van UNIGE en verantwoordelijk voor de theoretische aspecten van het nieuwe onderzoek. Krachtige kwantumgeneratoren voor willekeurige getallen zijn tegenwoordig in de handel verkrijgbaar. Echter, een beperking van bestaande apparaten is dat het voor de gebruiker onmogelijk is om onafhankelijk te verifiëren dat de gegenereerde getallen echt willekeurig zijn en niet, bijvoorbeeld, samengesteld uit cijfers van π. De gebruiker moet erop vertrouwen dat het apparaat (en dus de fabrikant) correct werkt, ook na jarenlang gebruik. Dus, het is logisch om te vragen of de huidige systemen vanuit dit oogpunt kunnen worden verbeterd.

Een nieuwe zelftestende generatoren voor willekeurige getallen

"We wilden een apparaat maken dat continu kan worden getest om ervoor te zorgen dat het te allen tijde correct functioneert en zo te garanderen dat de gegenereerde willekeurige getallen betrouwbaar zijn", zegt Nicolas Brunner. Om dit te behalen, de natuurkundigen van UNIGE hebben een "zelftestende" kwantumgenerator voor willekeurige getallen ontwikkeld, waarmee de gebruiker in realtime kan verifiëren dat het apparaat optimaal presteert en onbevooroordeelde willekeurige getallen levert. "De generator moet een taak oplossen waarvoor we hem hebben gekalibreerd. Als de taken correct zijn opgelost, de uitvoernummers zijn gegarandeerd willekeurig. Als het apparaat de juiste oplossing niet vindt, willekeur is niet gegarandeerd, en de gebruiker moet het apparaat vervolgens opnieuw kalibreren. Dit vermijdt het risico van het gebruik van getallen met weinig (of geen) willekeur, bijvoorbeeld om wachtwoorden te genereren, welke hacker dan zou kunnen kraken", merkt professor Hugo Zbinden enthousiast op. Hij is verantwoordelijk voor de experimentele aspecten van het onderzoek. de nieuwe generator maakt het mogelijk om nauwkeurig de kwaliteit van de output willekeurige getallen te meten. Perfect willekeurige getallen kunnen vervolgens worden gedestilleerd en gebruikt voor beveiligingstoepassingen, zoals het genereren van wachtwoorden die veilig zijn tegen hacking.

De zelftestende kwantumgenerator voor willekeurige getallen zal de beveiliging van wachtwoorden en cryptografische protocollen nog een tandje hoger maken. Hier, veiligheid wordt gegarandeerd door de wetten van de natuurkunde zelf, en niet door de technologische beperkingen van de hackers. Dit onderzoek, uitgevoerd door natuurkundigen van de UNIGE zorgt voor een beter begrip van kwantumwillekeurigheid en het gebruik ervan in informatietechnologie.