Nuevo Generador de Números Aleatorios Podría Transformar El Campo de La Criptografía
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Nuevo Generador de Números Aleatorios Podría Transformar El Campo de La Criptografía

Maia Mulko
Maia Mulko

Investigadores de la Universidad de Yale, el Imperial College de Londres, la Universidad de Lorraine , el Trinity College de Dublín y la Universidad Tecnológica de Nanyang, han logrado emplear la luz para generar mayor cantidad y con mayor rapidez los números aleatorios que permiten encriptar información. Este nuevo método, publicado en la revista Science, podría desplazar a los sistemas RNG (Random Number Generator), cuya aleatoriedad y fiabilidad completa es técnicamente dudosa por su origen algorítmico. ¿Cuál es la propuesta de Kyungduk Kim et al. para este problema?

Cómo Funciona

Una vez más, la respuesta está en la fotónica, o más bien, en la naturaleza aleatoria de los fotones. Los científicos Kyungduk Kim, Stefan Bittner, Yongquan Zeng, Hui Cao, Qi Jie Wang, Stefano Guazzotti y Ortwin Hess, supieron explotar los movimientos erráticos de un fenómeno natural a través de un diodo láser de tan sólo un milímetro de longitud.

Por una cavidad especialmente diseñada para la amplificación óptica, el láser semiconductor introduce un rayo de luz por un dispositivo con una estratégica forma de moño o de reloj de arena, el cual contiene en su interior varios espejos que reflejan dicha luz, haciéndola fluctuar. Estas fluctuaciones son espontáneas, esencialmente cuánticas, y producen un ruido estocástico que las vuelve caóticas, con direcciones e intensidades impredeciblemente variables e irreproducibles.

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Al digitalizarlas de esta manera, pueden surgir hasta 254 trillones de bits por segundo (lo que se traduce en una velocidad 100 veces superior a la de los sistemas RNG), que se presentan en secuencias numéricas imposibles de decodificar, pues como las partículas de luz de las que provienen, no siguen ningún patrón en específico. Por lo tanto, son consideradas totalmente aleatorias y la probabilidad de ser “adivinadas” por los atacantes es técnicamente nula al día de hoy.

La calidad de los bits fue evaluada con un conjunto de pruebas estadísticas estándar para estos casos: NIST SP 200-22 (con 95 de 127 bits aprobados, es decir, el 75% de ellos), y Diehard, que dio 93% de promedio en 10 pruebas. Todos estos resultados están a la altura de los generadores numéricos pseudoaleatorios y físicos.

El dispositivo (que también es más eficiente a nivel energético: funciona en cualquier toma de corriente doméstica con sólo un amperio) fue probado con una cámara de alta velocidad para capturar la luz, lo cual sólo pudo hacer por unos pocos nanosegundos antes de que se le llenara la memoria. Luego, subió el material a un ordenador.

Ahora, el equipo planea reproducir el experimento con fotosensores más sencillos para, en un futuro, poder convertir el dispositivo en un pequeño chip compacto implantado directamente en la computadora o el teléfono móvil. El chip les “entregaría” a ellos en tiempo real las secuencias numéricas generadas con láser para asegurar una encriptación instantánea de la información.

Máquina criptográfica Enigma de la era de la Segunda Guerra Mundial. Fuente: Mauro Sbicego

Dónde Se Aplicará

No es la primera vez que se utiliza la luz para generar secuencias numéricas, pero sí es la primera vez que un dispositivo lumínico puede generarlas en cantidad al mismo tiempo, con un solo rayo y a gran velocidad, rompiendo así con las restricciones de los modelos anteriores (¿cuántas secuencias puede producir, relativamente, un solo rayo de luz?).

En un mundo con más y más usuarios conectados a la red, que a su vez intercambian información más y más sensible que nadie querría ver expuesta, la demanda por la protección de los datos aumenta todo el tiempo. Por eso es importante que suba la tasa de aleatoriedad de estos números que codifican la información mediante la generación de claves criptográficas (como aquellas que encriptan las transacciones de online banking). Cuanto más aleatoria es una clave de seguridad (sea de un solo uso o no), más difícil es que un programa o algoritmo de hacking la descubra.

Por eso, las aplicaciones del método no se limitan sólo al ámbito de la criptografía, sino que este también podría utilizarse en comunicaciones, comercio electrónico, procesos estocásticos, simulaciones cuánticas, funciones físicas no clonables (PUF),  el estudio de turbulencias ópticas con un alto número de Reynolds, reservoir computing y cloud computing. Sus creadores, además, aseguran que aún no han alcanzado los límites de las interferencias espacio-temporales.

El campo de visión está reducido a sus mecanismos de recolección óptica, de ahí que “sólo” detecten 254 canales espaciales a la vez, lo cual estiman que es apenas la mitad de lo que podrían lograr con una recolección completa de las emisiones. Esperan sacar mucho más provecho de ellas a medida que avancen más sus experimentos e investigaciones.

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