16 may. 2014

¿Cómo fabricar un generador cuántico de números aleatorios desde un teléfono móvil?

¿Se siente nervioso cuando realiza una transacción de tarjeta de crédito usando su teléfono móvil? Sus preocupaciones podrían ser pronto una cosa del pasado gracias a un dispositivo de bajo costo que podría generar una potente criptografía para dispositivos portátiles. Ese es el objetivo de Bruno Sanguinetti y sus colegas de la Universidad de Ginebra en Suiza, que han creado un generador de números aleatorios cuánticos (QRNG) que utiliza componentes electrónicos de bajo costo que incluyen una cámara de teléfono móvil.
Los protocolos criptográficos modernos requieren de la rápida generación de secuencias de números verdaderamente aleatorios. Estos se utilizan para crear las "llaves" que permiten a los individuos cifrar y descifrar información confidencial, como contraseñas y datos bancarios. Generar estos números es un reto tecnológico importante porque las computadoras son completamente deterministas, y por lo tanto no son capaces de crear números verdaderamente aleatorios. 

Esquema de la aplicaciónn. Crédito: http://physicsworld.com/
Los sistemas de criptografía tienden a basarse en " números pseudo-aleatorios", los cuales son generados por las computadoras casi al azar. Si bien algunos de estos algoritmos generadores de números son muy buenos, un sistema de criptografía basado en números pseudo-aleatorios es más fácil de vulnerar que un sistema que utiliza números aleatorios.

Los números verdaderamente aleatorios se pueden generar al hacer mediciones en sistemas físicos que son inherentemente al azar (tales como la desintegración radiactiva de radioisótopos o el ruido en un circuito electrónico). Sin embargo, las técnicas de medición existentes tienden a ser muy costosas o demasiado lentas para ser de uso práctico. La protección de un teléfono móvil, por ejemplo, necesita una tasa de generación aleatoria de alrededor de 1 kbit/s.

Contando fotones

Ahora Sanguinetti y sus colegas Anthony Martin, Hugo Zbinden y Nicolas Gisin han utilizado una cámara de ocho megapíxeles de un smartphone Nokia N9 para crear un dispositivo que puede entregar números aleatorios a 1,25 Gbit/s. El sistema explota el hecho de que la cámara es tan sensible que puede ser utilizada para contar el número de fotones que inciden en cada uno de sus píxeles individuales. La luz es suministrada por un LED convencional, en la que los electrones y los vacíos se combinan para crear fotones. Este es un proceso mecánico cuántico y por lo tanto el número de fotones producidos en un período de tiempo fijo no es una constante, sino que es al azar.
La cámara y el LED se ajustan de manera que cada píxel detecta aproximadamente 400 fotones en un tiempo de exposición corto. Los números de fotones de todos los píxeles de la cámara se combinan en un algoritmo "extractor" que da salida a una secuencia de números aleatorios. En el experimento suizo, se usó la cámara para crear una corriente de 1,25 Gbit/s de números aleatorios.
Una de las preocupaciones acerca de cualquier generador de números aleatorios es que los números podrían ser influenciados de una manera predecible por los efectos no cuánticos (o clásicos) en el sistema. Esto podría conducir a un sesgo de medición, por ejemplo, lo que podría favorecer a ciertos números sobre otros. Si un intruso potencial sabe todo sobre el generador, podía predecir en principio el componente clásico de su producción. Esto haría más fácil atacar el sistema.

El azar lo gobierna todo

Sin embargo, cuando estos sesgos se tienen en cuenta, el equipo calcula que un usuario tendría que generar el alucinante valor de 10^118 números al azar antes de que se percibiera una desviación en la secuencia perfectamente aleatoria.
Sanguinetti dijo a physicsworld.com que todos los componentes del QRNG de su equipo podrían integrarse en un chip que costaría un par de dólares y podría integrarse fácilmente en dispositivos electrónicos portátiles, como los teléfonos móviles. 
Anthony Laing de la Universidad de Bristol describió la técnica como una "buena manera de generar números aleatorios, ya que hace uso de la tecnología ya integrada en el teléfono." Sin embargo, advirtió, "Podría ser posible diseñar algunos hacks basados ​​en estados cuánticos de la luz que tienen diferentes características de ruido, y los autores de este trabajo, sin duda, disponen de métodos para tratar con ellos."
Laing también cree que la tecnología podría utilizarse en sistemas de criptografía cuántica, que, en principio, son incorruptibles: "El QRNG también puede ser un componente clave para los protocolos de distribución de claves cuánticas, en donde las partes comunicantes deben elegir genuinamente valores azarosos".

Pf. Mariano Miguel Lanzi
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