Η αναζήτηση της απόλυτης τυχαιότητας απασχολεί εδώ και δεκαετίες φυσικούς και ειδικούς στην ασφάλεια, καθώς αποτελεί θεμέλιο της σύγχρονης κρυπτογράφησης. Τώρα για πρώτη φορά, μια ομάδα ερευνητών από το ETH Zurich πέτυχε την πραγματική τυχαιότητα (που αποδεδειγμένα δεν μπορεί να προβλεφθεί).
Και αυτό δεν είναι απλώς ένα επιστημονικό κατόρθωμα. Πρόκειται για μια εξέλιξη που μπορεί να επηρεάσει άμεσα την καθημερινότητά μας, από το πώς προστατεύονται οι κωδικοί μας μέχρι την ασφάλεια διεθνών επικοινωνιών.
Γιατί είναι τόσο δύσκολο να υπάρξει «τέλεια» τυχαιότητα;
Η ιδέα της «τέλειας» τυχαιότητας ακούγεται απλή, όμως στην πράξη αποδεικνύεται εξαιρετικά δύσκολη. Στην καθημερινότητά μας τίποτα δεν είναι πραγματικά τυχαίο· ένα ζάρι μπορεί να έχει μικρές ατέλειες που επηρεάζουν το πώς θα πέσει, ένα νόμισμα ακολουθεί τους νόμους της φυσικής, ενώ ακόμη και οι πιο εξελιγμένοι υπολογιστές βασίζονται σε αλγόριθμους, διαδικασίες που, τουλάχιστον θεωρητικά, κάποιος θα μπορούσε να προβλέψει.
Το ζήτημα, λοιπόν, δεν είναι απλώς μια ακολουθία που δείχνει τυχαία, αλλά η δυνατότητα να αποδειχθεί ότι το αποτέλεσμα δεν θα μπορούσε να προβλεφθεί από κανέναν, δηλαδή ότι δεν υπάρχει κάποιο κρυφό μοτίβο ή ένας μηχανισμός που επηρεάζει την διαδικασία χωρίς να γίνεται αντιληπτός.
Και εδώ μπαίνει στο παιχνίδι η κβαντική φυσική.
Η λύση ήρθε από την κβαντική διεμπλοκή
Οι ερευνητές του ETH Zurich αξιοποίησαν ένα από τα πιο παράξενα φαινόμενα της κβαντικής φυσικής, τη λεγόμενη διεμπλοκή (φαινόμενο όπου δύο ή περισσότερα σωματίδια συνδέονται μεταξύ τους τόσο στενά, ώστε η κατάσταση του ενός να καθορίζει ακαριαία την κατάσταση του άλλου, ανεξάρτητα από την απόσταση που τα χωρίζει). Δημιούργησαν δύο μικροσκοπικά σωματίδια (qubits) που «συμπεριφέρονται» σαν να είναι συνδεδεμένα μεταξύ τους, ακόμη κι όταν βρίσκονται σε απόσταση 30 μέτρων, και τα έψυξαν σχεδόν στο απόλυτο μηδέν για να εξασφαλίσουν απόλυτη σταθερότητα.
Όταν τα μέτρησαν, οι αντιδράσεις τους ήταν τόσο στενά συνδεδεμένες που δεν μπορούσαν να εξηγηθούν από καμία κλασική θεωρία. Για να βεβαιωθούν, επανέλαβαν το πείραμα πάνω από ένα δισεκατομμύριο φορές μέσα σε εννέα ώρες, χάρη σε νέες τεχνικές που τους επέτρεψαν να κάνουν μετρήσεις με απίστευτη ταχύτητα και ακρίβεια.
Και το αποτέλεσμα; Μια ακολουθία από 0 και 1 που δεν είναι απλώς τυχαία, αλλά πιστοποιημένα απρόβλεπτη.
Τι σημαίνει αυτό για την ασφάλεια;
Η τυχαιότητα βρίσκεται στον πυρήνα της ψηφιακής ασφάλειας. Είναι ο λόγος που οι κωδικοί πρόσβασης δεν αποτελούνται από προβλέψιμες λέξεις ή ημερομηνίες, αλλά από φαινομενικά άσχετους χαρακτήρες και που οι τραπεζικές συναλλαγές προστατεύονται από ισχυρή κρυπτογράφηση.
Όταν η τυχαιότητα δεν είναι πραγματικά τυχαία, τότε κάποιος με αρκετή υπολογιστική ισχύ μπορεί να εντοπίσει μοτίβα και να μαντέψει τον κωδικό ή το κλειδί ασφαλείας. Κι αυτό είναι που κάνει τη νέα έρευνα τόσο σημαντική.
Η ομάδα του ETH Zurich κατάφερε να πάρει μια μορφή τυχαιότητας που δεν ήταν τέλεια (είχε μικρές αδυναμίες, μπορούσε θεωρητικά να προβλεφθεί) και να τη μετατρέψει σε τυχαιότητα που είναι πραγματικά απρόβλεπτη. Αυτή η διαδικασία, γνωστή ως «ενίσχυση της τυχαιότητας» (“randomness amplification”), μετατρέπει ένα αδύναμο, ενδεχομένως προβλέψιμο σήμα σε κάτι απόλυτα απρόβλεπτο.
Ακόμη πιο σημαντικό είναι ότι το σύστημα λειτουργεί ανεξάρτητα από τη συσκευή που το παράγει. Δεν χρειάζεται να εμπιστευτεί κανείς το ίδιο το μηχάνημα ή το λογισμικό του, μιας και η τυχαιότητα προκύπτει από την ίδια την κβαντική συμπεριφορά που παρατηρείται στο πείραμα. Όπως εξηγούν οι ερευνητές, η ασφάλεια δεν βασίζεται πια στην αξιοπιστία του hardware, αλλά σε θεμελιώδεις νόμους της φύσης.
