Willekeurige bitreeksen zijn de belangrijkste ingrediënten van verschillende taken in het moderne leven en vooral in veilige communicatie. In een nieuwe studie hebben onderzoekers vastgesteld dat het genereren van echte willekeurige bitreeksen, klassiek of kwantum, is een onmogelijke missie. Op basis van deze bevindingen, ze hebben een nieuwe methode van geclassificeerde beveiligde communicatie gedemonstreerd.

De wiskundige definitie van een willekeurige bitreeks is zo eenvoudig dat deze in één zin kan worden samengevat:een reeks bits waarvan het volgende bit gelijk is aan 0 of 1 met gelijke waarschijnlijkheid, onafhankelijk van de vorige. Hoewel de definitie heel eenvoudig is, de praktische certificering van een proces als willekeurig is veel gecompliceerder maar cruciaal, bijvoorbeeld, in veilige communicatie, waar informatie moet worden versleuteld om te voorkomen dat hackers een bitstroom voorspellen.

In een artikel dat op 5 november verschijnt, 2019 in het journaal Eurofysica-brieven , onderzoekers van Bar-Ilan University tonen aan dat lange reeksen met gecertificeerde willekeur door het Amerikaanse National Institute of Standard and Technology (NIST) verre van echt willekeurig zijn. Hun werk toont aan dat een groot deel van niet-willekeurige bits systematisch in dergelijke bitreeksen kan worden ingebed zonder hun gecertificeerde willekeur negatief te beïnvloeden. Deze ontdekking leidt tot een nieuw type geclassificeerde beveiligde communicatie tussen twee partijen waarbij zelfs het bestaan ​​van de communicatie zelf wordt verborgen.

"Het huidige wetenschappelijke en technologische standpunt is dat alleen niet-deterministische fysieke processen echt willekeurige bitreeksen kunnen genereren, die definitief worden geverifieerd door honderden zeer uitgebreide statistische tests, " zei de hoofdauteur van de studie, Prof. Ido Kanter, van Bar-Ilan University's Department of Physics and Gonda (Goldschmied) Multidisciplinair Brain Research Center. Kanters onderzoeksgroep omvat Shira Sardi, Herut Uzan, Shiri Otmazgin, Dr. Yaara Aviad en prof. Michael Rosenbluh.

"We stellen een omgekeerde strategie voor, die nog nooit eerder is getest. Onze strategie is gericht op het kwantificeren van de maximale hoeveelheid informatie die systematisch kan worden ingebed in een gecertificeerde willekeurige bitreeks, zonder afbreuk te doen aan zijn certificering, " zeiden promovendi Shira Sardi en Herut Uzan, de belangrijkste bijdragers aan het onderzoek.

Door een dergelijke strategie te gebruiken, het niveau van willekeur kan worden gekwantificeerd buiten de binaire certificering. In aanvulling, aangezien de informatie systematisch is ingebed in de bitreeks, de aanpak biedt een nieuw cryptosysteem, vergelijkbaar met steganografie, waar het bestaan ​​van enige communicatie volledig verborgen is.

"Volgens de fundamentele principes van de kwantumfysica, de willekeur van quantum random bit generatoren zal naar verwachting perfect zijn. In praktijk, echter, deze perfecte kwantumwillekeur kan worden verminderd door veel experimentele onvolkomenheden, zei prof. Kanter. "Vandaar, een reeks gegenereerd door een kwantumgetalgenerator moet uiteindelijk worden gecertificeerd door statistische tests die onderscheid kunnen maken tussen originele kwantumgegarandeerde reeksen en onechte. Echter, de nieuw ontdekte onvolledigheid van praktische willekeur zal naar verwachting zelfs kwantumgeneratoren voor willekeurige getallen verstoren."

Het nieuwe gezichtspunt dat in dit werk wordt gepresenteerd, roept op tot een herevaluatie van de gekwantificeerde definitie van het meten van klassieke en kwantumwillekeurigheid, evenals de toepassing ervan om de communicatie te beveiligen.