用数字锁定超级机密信息由于生成的数字不仅“几乎是随机的”,而且在任何意义上都是真正不可预测的,因此变得更加安全。
使用三年前的量子实验生成的数据美国国家标准与技术研究院 (NIST) 最近生成的代码保证是独一无二的,它可能会在通信领域树立新的里程碑。
在某种程度上,随机性是一件很容易掌握的事情。 我们抛硬币、掷骰子、选牌时,都会有一种基本感觉,即结果无法轻易预测。
问题就出在“容易”这个词上。
有了足够的信息,无论是简单的算牌还是知道硬币的起始位置,我们都可以提高正确猜测结果的几率。
这是因为在这些“随机”事物的背后,有支配它们未来路径的经典定律,例如硬币上的力等于其质量乘以加速度。
赌场可能有针对刷卡柜台的规定,但如果您想使用代码来加密手机和银行之间的消息,您需要绝对确定没有人能够破解您的随机性。
要做到这一点,最简单的方法是依赖一个混乱的系统,在这个系统中,有如此多的规则在如此多的层面上发挥作用,几乎不可能跟踪。
一些计算机生成的算法可以解决这个问题。 其他系统利用了我们环境的混乱特征,例如大气中的噪音。
随机数生成器,例如由澳大利亚国立大学提供使用粒子在真空中进出的波动系统。
他们经常声称是“真正”随机的,但仍有争论的空间。
“很难保证给定的经典来源确实是不可预测的,”NIST 数学家 Peter Bierhorst 说道。
“我们的量子源和协议就像一个自动保险装置。我们确信没有人可以预测我们的数字。”
这是因为,与混沌系统不同的是,混沌系统虽然混乱,但从根本上仍然基于理论上可以确定的规则,但 NIST 的生成器可以深入研究根据定义无法得知的事物。
2015年,NIST 进行了一项实验旨在填补一项理论的漏洞,该理论最终证明爱因斯坦至少在物理学的一个方面是错误的。
科学界的争论最激烈的莫过于量子物理学是否是一个完整的理论。
根据欧文·海森堡和尼尔斯·玻尔等传奇人物的说法,现实是建立在概率的基础上的,因为我们找不到任何“隐藏”的法则来告诉我们结果是这样还是那样。
另一方面,爱因斯坦在多个场合声称“上帝不掷骰子”,有一天我们将用这样一条从方程中消除“也许”的规则来完成量子理论。
几十年后,一位名叫约翰·斯图尔特·贝尔(John Stewart Bell)的人提出了一个证明,证明要么我们在量子物理学上犯了严重错误,要么玻尔是对的,并且在局部层面上确实不存在规则。
从那时起,物理实验就以一种或另一种方式探索了贝尔思想中可能存在的漏洞,并将其一一弥补。
NIST 的实验通过分离纠缠的光子对来实现这一点,因此如果一个光子具有相当于左鞋的粒子,则立即知道另一个光子具有右鞋的粒子。
然后,他们消除了漏洞并处理了数字,以表明不存在任何隐藏规则可以告诉光子穿哪只鞋。 换句话说,这是一个真正随机的选择,他们可以在上面留下自己的印记。
“我们非常确定我们看到了量子随机性,因为只有量子系统才能在我们的测量选择和结果之间产生这些统计相关性,”比尔霍斯特说。
NIST 确信这与随机性一样随机,因此开始使用贝尔定理的测试来以每 10 分钟 1,024 位的速度弹出无人能猜到的数字串。
他们对这些位的统计测试表明,它们符合贝尔的结论,即 1 和 0 的抽签背后不存在隐藏的局部隐藏规则。
这不是第一个随机数生成器利用量子概率– 以前已经制作过真正的随机数。
问题在于,要可靠地保证看似随机的东西不会在过程中的某个地方受到经典规则的不公平影响。 在加密中,任何可能的模式都是风险。
NIST 的随机数无法实现良好的加密,因为它们是公开的。 但他们的流程可以帮助确保当我们说代码是随机的时,我们这次确实是认真的。
这项研究发表于自然。