Как известно, случайные числа играют критическую роль в алгоритмах шифрования, но их генерация для компьютеров практически невозможна. Однако шведские исследователи утверждают, что им удалось создать новый квантовый генератор случайных чисел, обладающий высокой степенью безопасности, используя дешевые перовскитовые светодиоды.
По-настоящему случайные числа
Алгоритмы шифрования, которые защищают цифровые сообщения, являются фундаментом кибербезопасности и единственным способом безопасного ведения онлайн-бизнеса. Для обеспечения защиты этих алгоритмов каждое сообщение кодируется ключом. Чем больше случайности или энтропии содержится в этом ключе, тем более надежной будет система шифрования.
Проблема заключается в том, что компьютеры настолько жестко запрограммированы, что они неспособны генерировать по-настоящему случайные числа без внешнего “источника случайности”. Этот “источник случайности” должен быть как можно более случайным и быстрым, потому что вы не можете просто стоять рядом весь день и подбрасывать в воздух монетку.
Для высокоэффективного шифрования используются специальные внешние аппаратные системы - аппаратные генераторы случайных чисел - которые используют физические явления, которые нельзя предсказать даже в теории: квантовую механику на атомном или субатомном уровне. Эти квантовые генераторы случайных чисел (QRNG) являются золотым стандартом криптографии сегодня.
Исследователи из Университета Линчёпинг в Швеции утверждают, что им удалось найти способ использования перовскита - дешевого и экологически чистого материала - в качестве компонента дешевого квантового генератора случайных чисел с высокой пропускной способностью.
Перовскитовый квантовый генератор
Согласно команде исследователей, перовскит теперь может быть использован для создания эффективных светодиодов, работающих при комнатной температуре (PeLEDs) с настраиваемыми оптическими характеристиками. Процесс создания таких светодиодов также является дешевым, простым и гибким. Поэтому этот материал рассматривается как потенциальный кандидат для в следующего поколения дисплеев, лампочек и оптических коммуникаций.
В новом исследовании команда показала, что перовскит можно использовать как высококачественный источник квантовой случайности, проводя "проективные измерения на слабо когерентных поляризационных состояниях, полученных из PeLED".
Удивительно, но этот квантовый генератор случайных чисел на основе перовскитов даже может обеспечить степень частной случайности даже в случае, если кто-то прослушивает генератор и получил контроль над детекторами, используя квантовую запутанность для угадывания результатов.
"В криптографии важно не только, чтобы числа были случайными, но и чтобы только вы о них знали. С QRNG мы можем удостовериться, что большая часть сгенерированных битов является частной и, следовательно, полностью безопасной. И если законы квантовой физики верны, то невозможно прослушивание без ведома получателя", - поясняет Гильерме Б. Ксавьер, исследователь кафедры электротехники Университета Линчёпинг.
Команда получила крайне качественную случайность, измеренную по множеству различных метрик, со скоростью более 10 Мбит в секунду - и при экспериментальных условиях смогла гарантировать, что около 71% сгенерированных битов также были сертифицированы как частные, даже в случае атаки на детекторы.
Время жизни перовскитового материала в настоящее время не очень велико - около 22 дней. Однако команда намерена развивать материал дальше. Ученые полагают, что еди удалить из материала свинец, можно будет добиться значительного увеличение срока его службы.
В будущем команда надеется создать на основе этой технологии квантовый генератор такого малого размера, что его можно будет использовать в потребительской электронике. По предварительным подсчетам, выход такой технологии на рынок может произойти в течение пяти лет.
Исследование опубликовано в журнале Nature Communications Physics.
