Las secuencias de bits aleatorias son ingredientes clave de varias tareas en la vida moderna y especialmente en la comunicación segura. En un nuevo estudio, los investigadores han determinado que la generación de verdaderas secuencias de bits aleatorias, clásica o cuántica, es una misión imposible. Con base en estos hallazgos, han demostrado un nuevo método de comunicación segura clasificada.

La definición matemática de una secuencia de bits aleatoria es tan simple que se puede resumir en una frase:una secuencia de bits cuyo próximo bit es igual a 0 o 1 con igual probabilidad, independiente de los anteriores. Aunque la definición es muy sencilla, la certificación práctica de un proceso como aleatorio es mucho más complicada pero crucial, por ejemplo, en comunicación segura, donde la información debe codificarse para evitar que los piratas informáticos predigan un flujo de bits.

En un artículo que se publicará el 5 de noviembre, 2019 en la revista Cartas de Eurofísica , Los investigadores de la Universidad de Bar-Ilan demuestran que las secuencias largas con aleatoriedad certificada por el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de EE. UU. (NIST) están lejos de ser verdaderamente aleatorias. Su trabajo demuestra que una gran fracción de bits no aleatorios se pueden incrustar sistemáticamente en tales secuencias de bits sin afectar negativamente su aleatoriedad certificada. Este descubrimiento conduce a un nuevo tipo de comunicación segura clasificada entre dos partes donde se oculta incluso la existencia de la comunicación en sí.

"El punto de vista científico y tecnológico actual es que solo los procesos físicos no deterministas pueden generar secuencias de bits verdaderamente aleatorias, que se verifican de manera concluyente mediante cientos de pruebas estadísticas muy completas, "dijo el autor principal del estudio, Prof. Ido Kanter, del Departamento de Física de la Universidad de Bar-Ilan y del Centro Multidisciplinario de Investigación del Cerebro de Gonda (Goldschmied). El grupo de investigación de Kanter incluye a Shira Sardi, Herut Uzan, Shiri Otmazgin, Dr. Yaara Aviad y Prof. Michael Rosenbluh.

"Proponemos una estrategia inversa, que nunca ha sido probado antes. Nuestra estrategia tiene como objetivo cuantificar la cantidad máxima de información que se puede incrustar sistemáticamente en una secuencia de bits aleatoria certificada, sin perjudicar su certificación, "dijeron los estudiantes de doctorado Shira Sardi y Herut Uzan, los contribuyentes clave a la investigación.

Usando tal estrategia, el nivel de aleatoriedad se puede cuantificar más allá de la certificación binaria. Además, dado que la información se integra sistemáticamente en la secuencia de bits, el enfoque ofrece un nuevo criptosistema, similar a la esteganografía, donde se oculta completamente la existencia de cualquier comunicación.

"De acuerdo con los principios fundamentales de la física cuántica, Se espera que la aleatoriedad de los generadores de bits aleatorios cuánticos sea perfecta. En la práctica, sin embargo, esta perfecta aleatoriedad cuántica puede verse disminuida por muchas imperfecciones experimentales, dijo el profesor Kanter. "Por eso, una secuencia generada por un generador de números cuánticos en última instancia tiene que ser certificada por pruebas estadísticas que pueden diferenciar entre secuencias originales garantizadas cuánticas y falsas. Sin embargo, Se espera que la incompletitud recién descubierta de la aleatoriedad práctica interrumpa incluso los generadores cuánticos de números aleatorios ".

El nuevo punto de vista presentado en este trabajo exige una reevaluación de la definición cuantificada de medir la aleatoriedad clásica y cuántica, así como su aplicación para asegurar la comunicación.