Новый квантовый метод создает действительно случайные числа

Исследователи из Национального института стандартов и технологий (nist) разработали метод для генерации чисел гарантированно быть случайным по квантовой механике. Описанные в апреле 12 вопрос природы, экспериментальный метод превосходит все предыдущие методы обеспечения непредсказуемости его случайных чисел и может укрепить безопасность и доверие в криптографических системах.

Новый метод НИСТ генерирует цифровых битов (1 и 0) С фотоны, или частицы света, используя данные, полученные в усовершенствованном варианте ориентир 2015 НИСТ эксперимент по физике. Этот эксперимент убедительно продемонстрировал, что Эйнштейн высмеивал как «жуткий действия на расстоянии» — это реально. В новой работе исследователи процесса жуткий выход для сертификации и количественной оценки хаотичности имеющихся данных и генерировать строки гораздо больше случайных битов.

Случайные числа используются сотни миллиардов раз в день для шифрования данных в электронных сетях. Но эти цифры не точно случайный в абсолютном смысле. Это потому, что они генерируются по формулам программного обеспечения или физических устройств которых якобы случайный выход может быть подорвано такими факторами, как прогнозируемые источники шума. Бег статистические тесты могут помочь, но никаких статистических испытаний на один выход может стопроцентно гарантировать, что результат был непредсказуемым, особенно если противник возился с устройством.

«Трудно гарантировать, что данный классический источник действительно непредсказуем,» НИСТ математик Питер Bierhorst сказал. «Наш квантовый источник и протокол, как подстраховаться. Мы уверены, что никто не может предсказать наше число».

«Что-то вроде подбрасывания монеты, могут показаться случайными, но ее результаты могут быть предсказаны, если можно увидеть точный путь монеты падают. Квантовая случайность, с другой стороны, это реальная случайность. Мы очень уверены, мы видим, что квантовая случайность, потому что только квантовая система производит эти статистические корреляции между нашим выбором и измерение результатов».

Новый квантовый метод является частью постоянных усилий, чтобы улучшить Маяк публичных НИСТ случайности, которая вещает случайных битов для приложений, таких как Secure многопартийной вычислений. Маяк НИСТ в настоящее время опирается на коммерческие источники.

Квантовая механика обеспечивает превосходный источник случайности, потому что размеры некоторых квантовых частиц (тех, кто находится в «суперпозиции» как 0 и 1 одновременно) имеют принципиально непредсказуемым результатам. Исследователи могут легко измерить квантовую систему. Но трудно доказать, что измерения квантовой системы, а не классическая система в маскировке.

В эксперименте НИСТ, что доказательство исходит из наблюдений жуткий квантовых корреляций между парами удаленных друг от друга фотонов при закрытии «лазеек», которые в противном случае разрешить не-случайных бит, чтобы оказаться случайным. Например, два измерительных станций расположены слишком далеко друг от друга, чтобы позволить скрытой коммуникации между ними; по законам физики такого обмена будет ограничена скоростью света.

Случайные числа генерируются в двух шагах. Во-первых, жуткий эксперимент действие порождает длинную строку битов через «тест Белл,» в какой мере исследователи корреляция между свойствами пары фотонов. Сроки проведения измерений гарантирует, что корреляции не могут быть объяснены классической процессов, таких как Pre-существующие условия или обмен информацией, или медленнее, чем скорость света. Статистические испытания корреляции демонстрируют, что квантовая механика находится на работе, и эти данные позволяют исследователям оценить степень произвольности присутствует в длинную строку битов.

Что случайности могут быть очень тонкими в течение длинной строкой битов. Например, почти каждый бит может быть 0 и только несколько человек-1. Чтобы получить короткую, униформа строку с концентрированной случайности, таким образом, что каждый бит имеет 50/50 шансов быть 0 или 1, второй этап называется «добыча» не выполняется. Исследователи из nist разработали программное обеспечение для обработки данных тестирования колокол в более короткую строку битов, близкое к равномерному, то есть с 0 и 1 равновероятны. Весь процесс требует ввода двух независимых строки случайных битов для выбора параметров измерения для испытаний колокол и для «затравки» программное обеспечение, чтобы помочь извлечь случайности от исходных данных. Исследователи из nist использовали обычный генератор случайных чисел для генерации этих строк.

Из 55,110,210 испытания тест-колокола, каждый из которых производит два бита, ученые извлекли 1024 бит сертифицирована, чтобы быть единой в пределах одной доли 1 процента.

«Идеальный бросок монеты будет равномерный, и мы сделали 1024 бит почти совершенно однородна, каждый очень близко к равной вероятностью может быть 0 или 1», — сказал Bierhorst.

Другие исследователи ранее использовали колокола тесты для генерации случайных чисел, но метод nist является первым, чтобы использовать лазейку-бесплатный тестовый звонок и обработать полученные данные путем извлечения. Экстракторы и семена уже используются в классических генераторов случайных чисел; в самом деле, случайные семена имеют важное значение в области компьютерной безопасности и могут использоваться в качестве ключей шифрования.

В новом методе НИСТ, окончательные цифры сертифицированы, чтобы быть случайным, даже если параметры измерения и семян являются общеизвестными; единственное требование заключается в том, что тест колокол эксперимента были физически изолированы от клиентов и хакеров. «Идея сделать что-то лучше (Частная случайность), чем то, что вы положили в (публичных случайности)», — сказал Bierhorst.

Originally posted 2018-04-11 21:16:25.

Related posts

Leave a Comment

пятнадцать − семь =