Ett internationellt team av forskare har utvecklat ett system som kan generera slumpmässiga tal över hundra gånger snabbare än nuvarande teknik, banar väg mot snabbare, billigare, och säkrare datakryptering i dagens digitalt anslutna värld.

Slumpgeneratorsystemet utvecklades gemensamt av forskare från Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore), Yale universitet, och Trinity College Dublin, och tillverkad i NTU.

Slumpmässiga nummer används för en mängd olika ändamål, såsom att generera datakrypteringsnycklar och engångslösenord (OTP) i vardagliga processer som nätbank och e-handel för att öka sin säkerhet.

Systemet använder en laser med ett speciellt timglasformat hålrum för att generera slumpmässiga mönster, som bildas av ljusstrålar som reflekterar och interagerar med varandra i kaviteten. Genom att läsa mönstren, systemet genererar många slumpmässiga serier samtidigt (se bild 1).

Forskarna fann att liksom snöflingor, inga två nummersekvenser som genererats med systemet var desamma, på grund av den oförutsägbara karaktären av hur ljusstrålarna reflekterar och interagerar med varandra i hålrummet.

Lasern som används i systemet är ungefär en millimeter lång, mindre än de flesta andra lasrar. Det är också energieffektivt och kan drivas med valfritt hushållsuttag, eftersom det bara kräver en en ampere (1A) ström.

I sin studie publicerad i en av världens ledande vetenskapliga tidskrifter Vetenskap den 26 februari 2021, forskarna verifierade effektiviteten av deras slumptalsgenerator med två tester, inklusive en publicerad av US National Institute of Standards and Technology.

Forskargruppen har bevisat att den NTU-tillverkade slumptalsgeneratorn som är snabbare och säkrare än befintlig jämförbar teknik, kan hjälpa till att skydda användarnas data i en värld som stadigt förlitar sig mer på internettransaktioner (se bild 2).

Professor Wang Qijie från NTU:s School of Electrical and Electronic Engineering &School of Physical and Mathematical Science, liksom Photonics Institute, som ledde NTU -teamet som är involverat i den internationella forskningen, sa, "Nuvarande slumptalsgeneratorer som drivs av datorer är billiga och effektiva. Men de är sårbara för attacker, eftersom hackare kan förutsäga framtida nummersekvenser om de upptäcker algoritmen som används för att generera siffrorna. Vårt system är säkrare eftersom det använder en oförutsägbar metod för att generera nummer, vilket gör det omöjligt för även dem med samma enhet att replikera. "

Dr Zeng Yongquan, forskare från NTU:s institution för fysiska och matematiska vetenskaper, som var med och designade lasersystemet, sade:"Vårt system överträffar nuvarande slumptalsgeneratorer, eftersom metoden samtidigt kan generera många fler slumpmässiga sekvenser av information i ännu snabbare takt. "

Teamets lasersystem kan också generera cirka 250 terabyte slumpmässiga bitar per sekund-mer än hundra gånger snabbare än nuvarande datorbaserade slumptalsgeneratorer.

I sin hastighet, systemet skulle bara ta cirka 12 sekunder att generera en mängd slumpmässiga nummer som motsvarar storleken på informationen i världens största bibliotek - US Library of Congress.

Utarbetar systemets framtid, teamet arbetar med att göra tekniken redo för praktisk användning, genom att integrera lasern i ett kompakt chip som gör att slumpmässiga nummer som genereras kan matas direkt till en dator.