Forskere udvikler lasersystem, der genererer tilfældige tal ved ultrahurtige hastigheder

Et internationalt team af forskere har udviklet et system, der kan generere tilfældige tal over hundrede gange hurtigere end nuværende teknologier, baner vejen mod hurtigere, billigere, og mere sikker datakryptering i nutidens digitalt forbundne verden.

Det tilfældige generator system blev i fællesskab udviklet af forskere fra Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore), Yale University, og Trinity College Dublin, og lavet i NTU.

Tilfældige tal bruges til forskellige formål, såsom generering af datakrypteringsnøgler og engangsadgangskoder (OTP'er) i hverdagsprocesser som netbank og e-handel for at øge deres sikkerhed.

Systemet bruger en laser med et specielt timeglasformet hulrum til at generere tilfældige mønstre, som dannes af lysstråler, der reflekterer og interagerer med hinanden i hulrummet. Ved at læse mønstrene, systemet genererer mange serier af tilfældige tal på samme tid (se billede 1).

Forskerne fandt ud af, at ligesom snefnug, ingen to nummersekvenser genereret ved hjælp af systemet var ens, på grund af den uforudsigelige karakter af, hvordan lysstrålerne reflekterer og interagerer med hinanden i hulrummet.

Laseren, der bruges i systemet, er cirka en millimeter lang, mindre end de fleste andre lasere. Det er også energieffektivt og kan betjenes med enhver stikkontakt, da det kun kræver en en-ampere (1A) strøm.

I deres undersøgelse offentliggjort i et af verdens førende videnskabelige tidsskrifter Videnskab den 26. februar 2021, forskerne verificerede effektiviteten af ​​deres tilfældige talgenerator ved hjælp af to tests, herunder en udgivet af US National Institute of Standards and Technology.

Forskergruppen har bevist, at den NTU-fremstillede tilfældige talgenerator, der er hurtigere og mere sikker end eksisterende sammenlignelige teknologier, kunne hjælpe med at beskytte brugernes data i en verden, der støt stoler mere på internettransaktioner (se billede 2).

Professor Wang Qijie fra NTU's School of Electrical and Electronic Engineering &School of Physical and Mathematical Science, samt Photonics Institute, der ledede NTU -teamet involveret i den internationale forskning, sagde, "Nuværende tilfældige talgeneratorer, der drives af computere, er billige og effektive. Dog er de er sårbare over for angreb, som hackere kunne forudsige fremtidige nummersekvenser, hvis de opdager algoritmen, der bruges til at generere tallene. Vores system er mere sikkert, da det bruger en uforudsigelig metode til at generere tal, hvilket gør det umuligt for selv dem med den samme enhed at replikere. "

Dr. Zeng Yongquan, forsker fra NTU's School of Physical and Mathematical Sciences, der var med til at designe lasersystemet, sagde:"Vores system overgår nuværende tilfældige talgeneratorer, da metoden samtidig kan generere mange flere tilfældige sekvenser af information med en endnu hurtigere hastighed. "

Teamets lasersystem kan også generere omkring 250 terabyte tilfældige bits i sekundet-mere end hundrede gange hurtigere end nuværende computerbaserede tilfældige talgeneratorer.

Med sin hastighed, systemet ville kun tage cirka 12 sekunder at generere et antal tilfældige tal, der svarer til størrelsen af ​​oplysninger på det største bibliotek i verden - US Library of Congress.

Uddybning af systemets fremtid, teamet arbejder på at gøre teknologien klar til praktisk brug, ved at inkorporere laseren i en kompakt chip, der gør det muligt at tilføre de genererede tilfældige tal direkte til en computer.