Een nieuw lasersysteem produceert willekeurige getallen veel sneller dan de huidige technieken en maakt ze bovendien nóg willekeuriger. Dat is bijvoorbeeld nodig om informatie te versleutelen.
Het systeem, gemaakt door een internationaal onderzoeksteam, bestaat uit een piepkleine laser (1 millimeter) die lichtdeeltjes in een zandlopervormige holte stuurt. Daar botsen de lichtdeeltjes voortdurend tegen elkaar en tegen de randen van de holte. Uiteindelijk komen ze naar buiten, waar ze gezamenlijk een lichtpatroon vormen. Door de onvoorspelbare interacties en weerkaatsingen zijn die patronen volstrekt willekeurig.
Het systeem zet de lichtpatronen om in net zo willekeurige reeksen van nullen en enen. De onderzoekers toonden aan dat van deze binaire getallenreeksen die het systeem genereerde, er geen twee hetzelfde waren. Het zijn dus echt random reeksen.
‘Ik probeer robots te ontwikkelen die ook echt een nieuwe stap maken’
Hoe werkt vliegen? Dat lijkt een simpele vraag, maar voor luchtvaarttechnicus en bioloog David Lentink is het een levenslange zoektocht.
Pseudowillekeurig
Willekeurige getallen komen in de digitale wereld op allerlei plekken van pas. Computers gebruiken ze met name om informatie te versleutelen, zodat berichten niet onderschept kunnen worden. Dat is bijvoorbeeld bij online betalingen van groot belang.
Momenteel worden de benodigde willekeurige getallen vooral gegenereerd door de computers zelf. Die getallen zijn strikt genomen niet echt willekeurig. Ze worden gevormd op basis van een kneiteringewikkeld algoritme. Als een hacker erin slaagt zo’n algoritme te ontrafelen, kan die voorspellen wat de volgende ‘willekeurige’ getallen zullen worden.
Honderd keer zo snel
De lichtpatronen die het lasersysteem opwekt, zijn wel volstrekt onvoorspelbaar – en daarmee de getallenreeksen ook. Zelfs als je dezelfde laser bezit, kun je de patronen niet namaken. Het systeem is daarmee veiliger dan computeralgoritmes.
Bovendien is het lasersysteem een stuk sneller – volgens de onderzoekers honderd keer zo snel als de huidige technieken. Dat komt met name doordat het meerdere getallenreeksen tegelijk produceert.
Het systeem produceert zo’n 250 terabytes aan informatie per seconde. Daarmee kan het in twaalf seconden evenveel informatie genereren als er aanwezig is in de hele Amerikaanse Library of Congress, de grootste bibliotheek ter wereld.
Behalve veilig en snel is het laserapparaat volgens de onderzoekers energie-efficiënt en makkelijk te gebruiken. Ze zijn nu bezig om het klaar te maken voor de praktijk. Dat doen ze door de laser in een computerchip te implementeren. Op die manier kunnen de willekeurige bits rechtstreeks aan een computer worden gevoerd.
Numzi
Hoe kun je eigenlijk met willekeurige getallen informatie versleutelen? Een versimpeld voorbeeld: stel dat ik het bericht ‘hoera’ verstuur. Dat kan een computer versleutelen door elke letter een willekeurig aantal plekken in het alfabet te laten opschuiven. Hij laat bijvoorbeeld de h en de o zes plekken opschuiven, en de andere drie letters elk acht plekken. De sleutel is dan 66888 en het bericht wordt ‘numzi’.
Alleen iemand die de sleutel kent, kan dit bericht ontcijferen. Omdat de sleutel gebaseerd is op een willekeurig getal, is die voor een hacker onmogelijk te raden. En het heeft geen zin om alle mogelijke sleutels te proberen – dat zijn er veel te veel.
Willekeurige getallen zijn dus de ultieme manier om berichten te beveiligen. Hoe sneller en willekeuriger je ze kunt maken, hoe beter.
Volgens onderzoeksleider Hui Cao van de Amerikaanse Yale Universiteit valt er nog een hoop winst te behalen. ‘Dit opent echt een nieuwe toegangspoort naar hoe je willekeurige getallen veel sneller kunt genereren. We hebben de limiet nog niet bereikt’, zegt ze.
Het nieuwe systeem is beschreven in het wetenschappelijk tijdschrift Science.
