Siempre que necesitemos comunicarnos en secreto, se necesita una clave criptográfica. Para que esta llave funcione, debe consistir en números elegidos al azar sin ninguna estructura, todo lo contrario a usar la fecha de nacimiento de nuestra mascota favorita. Pero, para un humano, es extremadamente difícil elegir sin crear ningún sesgo, incluso golpeando el teclado de forma caótica. Para resolver este problema, investigadores de la Universidad de Ginebra (UNIGE), Suiza, han desarrollado un nuevo generador de números aleatorios basado en los principios de la física cuántica. Esta teoría física, lleno de fenómenos que van en contra de nuestro sentido común, muestra que ciertos eventos físicos ocurren perfectamente al azar, haciéndolos imposibles de predecir. A diferencia de los métodos anteriores, el nuevo sistema permite al usuario verificar la confiabilidad de los números aleatorios que genera en tiempo real. Este trabajo, aparecer en la revista científica Revisión física aplicada , Complicará enormemente las tareas de los piratas informáticos que ya no pueden explotar el sesgo resultante de la falibilidad humana o las posibles imperfecciones en los dispositivos existentes.

Para generar una buena clave criptográfica, uno debe alternar aleatoriamente entre 0 y 1, los valores de los llamados bits que forman la unidad básica de información en dispositivos digitales como computadoras. Sin embargo, cuando los humanos intentamos generar una secuencia de números que creemos que son aleatorios, siempre termina siendo en parte predecible, como lo revelan los estudios de comportamiento y las estadísticas. Además, además de tener un conocimiento pobre de la aleatoriedad, el cerebro humano también es mucho más lento que las máquinas, que puede generar millones de números por segundo. Esto les da a los piratas informáticos la oportunidad de descifrar contraseñas, que el usuario pensó que era seguro.

La física cuántica como clave de seguridad

Durante los últimos veinte años, los investigadores han recurrido a la física cuántica, caracterizado por sus procesos completamente aleatorios e impredecibles, para desarrollar nuevas técnicas criptográficas, y en particular la generación de números aleatorios. "Envía un fotón (una partícula de luz) a un espejo semitransparente. O se transmite a través del espejo, o se refleja. Pero es imposible, incluso en principio, para predecir de antemano cuál de estos dos comportamientos adoptará. Esta es la idea básica detrás de la generación cuántica de números aleatorios ", explica Nicolas Brunner, profesor del Departamento de Física Aplicada de la Facultad de Ciencias de la UNIGE y responsable de los aspectos teóricos de la nueva investigación. Hoy en día se encuentran disponibles comercialmente potentes generadores cuánticos de números aleatorios. Sin embargo, Una limitación de los dispositivos existentes es que es imposible que el usuario verifique de forma independiente que los números generados sean de hecho genuinamente aleatorios y no, por ejemplo, compuesto por dígitos de π. El usuario debe confiar en el dispositivo (y por lo tanto en su fabricante) para funcionar correctamente, incluso después de años de uso. Entonces, Tiene sentido preguntarse si los sistemas actuales podrían mejorarse desde este punto de vista.

Un nuevo generador de números aleatorios de autocomprobación

"Queríamos crear un dispositivo que pueda ser probado continuamente para asegurar que funcione correctamente en todo momento y así garantizar que los números aleatorios generados sean confiables", dice Nicolas Brunner. Lograr esto, los físicos de UNIGE han desarrollado un generador de números aleatorios cuánticos de "autocomprobación", lo que permite al usuario verificar en tiempo real que el aparato funciona de manera óptima y entrega números aleatorios insesgados. "El generador debe resolver una tarea para la que lo hemos calibrado. Si las tareas se resuelven correctamente, Se garantiza que los números de salida serán aleatorios. Si el aparato no encuentra la solución correcta, la aleatoriedad no está garantizada, y el usuario debe volver a calibrar el dispositivo. Esto evita el riesgo de utilizar números con poca (o ninguna) aleatoriedad, por ejemplo, para generar contraseñas, qué pirata informático podría descifrar ", señala con entusiasmo el profesor Hugo Zbinden. Ha sido responsable de los aspectos experimentales de la investigación. el nuevo generador permite medir con precisión la calidad de los números aleatorios de salida. Los números perfectamente aleatorios se pueden destilar y utilizar para aplicaciones de seguridad, como generar contraseñas que sean seguras contra piratería.

El generador de números aleatorios cuánticos de autocomprobación permitirá aumentar aún más la seguridad de las contraseñas y los protocolos criptográficos. Aquí, la seguridad está garantizada por las propias leyes de la física, y no por las limitaciones tecnológicas de los hackers. Esta investigación, realizado por físicos de la UNIGE permite una mejor comprensión de la aleatoriedad cuántica, así como su uso en tecnología de la información.