Slumpmässiga bitsekvenser är viktiga ingredienser i olika uppgifter i det moderna livet och särskilt i säker kommunikation. I en ny studie har forskare fastställt att generering av verkliga slumpmässiga bitsekvenser, klassisk eller kvant, är ett omöjligt uppdrag. Baserat på dessa fynd, de har visat en ny metod för klassificerad säker kommunikation.

Den matematiska definitionen av en slumpmässig bitsekvens är så enkel att den kan sammanfattas i en mening:En sekvens av bitar vars nästa bit är lika med 0 eller 1 med lika stor sannolikhet, oberoende av tidigare. Även om definitionen är mycket enkel, den praktiska certifieringen av en process som slumpmässig är mycket mer komplicerad men avgörande, till exempel, i säker kommunikation, där information måste krypteras för att förhindra hackare från att förutsäga en bitström.

I en artikel som ska publiceras den 5 november, 2019 i tidningen Europhysics Letters , forskare vid Bar-Ilan University visar att långa sekvenser med certifierad slumpmässighet av US National Institute of Standard and Technology (NIST) långt ifrån är riktigt slumpmässiga. Deras arbete visar att en stor del av icke-slumpmässiga bitar systematiskt kan inbäddas i sådana bitsekvenser utan att negativt påverka deras certifierade slumpmässighet. Denna upptäckt leder till en ny typ av klassificerad säker kommunikation mellan två parter där även kommunikationens existens döljs.

"Den nuvarande vetenskapliga och tekniska synpunkten är att endast icke-deterministiska fysiska processer kan generera verkligt slumpmässiga bitsekvenser, som slutgiltigt verifieras av hundratals mycket omfattande statistiska tester, "sa studiens huvudförfattare, Prof. Ido Kanter, vid Bar-Ilan-universitetets institution för fysik och Gonda (Goldschmied) tvärvetenskapligt hjärnforskningscenter. I Kants forskargrupp ingår Shira Sardi, Herut Uzan, Shiri Otmazgin, Dr Yaara Aviad och prof. Michael Rosenbluh.

"Vi föreslår en omvänd strategi, som aldrig har testats tidigare. Vår strategi syftar till att kvantifiera den maximala mängden information som systematiskt kan inbäddas i en certifierad slumpmässig bit -sekvens, utan att skada dess certifiering, "säger doktoranderna Shira Sardi och Herut Uzan, de viktigaste bidragsgivarna till forskningen.

Med en sådan strategi, slumpmässig nivå kan kvantifieras utöver den binära certifieringen. Dessutom, eftersom informationen systematiskt är inbäddad i bitsekvensen, tillvägagångssättet erbjuder ett nytt kryptosystem, liknande steganografi, där förekomsten av någon kommunikation är helt dold.

"Enligt kvantfysikens grundläggande principer, slumpmässigheten hos quantum random bit generatorer förväntas vara perfekt. I praktiken, dock, denna perfekta kvant slumpmässighet kan minskas av många experimentella brister, sade prof. Kanter. "Därav, en sekvens som genereras av en kvantnummergenerator måste slutligen certifieras av statistiska tester som kan skilja mellan ursprungliga kvantgaranterade sekvenser och falska. Dock, den nyupptäckta ofullständigheten av praktisk slumpmässighet förväntas störa till och med kvant slumpgeneratorer. "

Den nya synvinkel som presenteras i detta arbete kräver en omvärdering av den kvantifierade definitionen av att mäta klassisk och kvant slumpmässighet, samt dess tillämpning för att säkra kommunikation.