محمد بختیاری

دانشمندان موفق شده‌اند با استفاده از لیزر در مقیاس تراشه، با سرعت تقریبا ۱۰۰ برابر سیستم‌های تولید اعداد تصادفی که امروزه مشغول فعالیت هستند، اعدادی کاملا تصادفی بسازند. بر اساس گزارش ZDNet، می‌توان از این سیستم جدید به‌ منظور ایجاد کلید رمزنگاری استفاده کرد. کلیدهای رمزنگاری امروزه داده‌های بسیار حساس و جزئیات معاملات را ایمن می‌کنند. بررسی متخصصان نشان می‌دهد قدرت رایانشیِ در دسترس هکرها به‌ مرور زمان افزایش می‌یابد و ریسک هک شدن کلیدهای رمزنگاری بالا می‌رود.

تصادفی ‌بودن، نقشی اساسی در حوزه‌ی رمزنگاری دارد؛ با این توضیح که هرچه کلید امنیتی تصادفی‌تر باشد، استفاده از محاسبات ریاضی برای شکستن کد سخت‌تر می‌شود. دقیقا به‌ همین دلیل است که از سیستم‌های تولید اعداد تصادفی برای رمزنگاری داده‌ها استفاده می‌شود. فناوری مورد استفاده در این سیستم‌ها، جریان‌هایی از بیت ایجاد می‌کند که می‌توان از آن‌ها برای ایجاد کلید رمزنگاری بسیار قدرتمند بهره گرفت. 

راه‌های زیادی برای ایجاد اعداد تصادفی وجود دارد که شناخته‌شده‌ترین آن‌ها احتمالا هزاران سال است مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای مثال یک تاس ساده یا شیر یا خط با سکه، فرآیندهایی هستند که نتیجه‌ی غیر قابل ‌پیش‌بینی دارند. رمزنگاری مدرن به‌ دنبال این است که به چنین فرآیندی دست پیدا کند. تولید اعداد تصادفی به‌صورت دستی نمی‌تواند جواب‌گوی تقاضا برای امنیت داده باشد. به‌ منظور ایجاد تعداد زیادی عدد تصادفی در مقیاس بزرگ، فناوری‌های جدیدی توسعه داده شدند تا بتوانند به‌سرعت، بیت و عدد خلق کنند.

لیزرها از فوتون‌های کوچک کوانتومی ساخته شده‌اند که بی‌نظم و غیر قابل‌ پیش‌بینی رفتار می‌کنند. نوسان تصادفی ذرات که به تولید پرتوی لیزر منتهی می‌شود، توسط رایانه قابل‌تشخیص است و می‌توان آن‌ را به توالی‌هایی از اعداد تبدیل کرد که کاملا غیر قطعی هستند. پیش‌تر از خاصیت غیر قابل ‌پیش‌بینی ‌بودن لیزر برای ایجاد اعداد تصادفی استفاده شده است؛ اما سیستم‌های متکی ‌بر این روش بسیار محدود هستند. سیستم‌های متکی ‌بر لیزر نمی‌توانند تعداد زیادی عدد با سرعت بالا خلق کنند یا اعداد را به‌صورت هم‌زمان از یک پرتو بسازند. 

هیو کائو، پروفسور فیزیک کاربردی در دانشگاه ییل که  این پروژه را رهبری کرده است، می‌گوید به‌طور معمول سیستم‌های فیزیکی ایجاد اعداد تصادفی سرعت خیلی زیادی ندارند و این موضوع یکی از مشکلات آ‌ن‌ها محسوب می‌شود. نکته‌ی مهم دیگر این است که سیستم‌های مورد اشاره، ترتیبی هستند؛ یعنی به‌طور معمول صرفا یک جریان بیت ایجاد می‌کنند و این نمی‌توانند تعداد زیادی جریان بیت را به‌صورت هم‌زمان بسازند. به‌علاوه در هر جریان بیت، سرعت نسبتا پایین است و همین موضوع باعث می‌شود سیستم نتواند به‌سرعت، تعداد زیادی عدد تصادفی ایجاد کند.

نیاز به سیستمی که بتواند اعداد تصادفی را در مقیاس‌های بزرگ خلق کند با سرعت در حال افزایش است. شبکه‌ها بیشتر از هر زمان دیگری گسترش پیدا کرده‌اند و برای مطمئن شدن از ایمن بودن داده‌های حساس، تقاضا برای سیستم‌های ایجاد اعداد تصادفی بالا رفته است. 

به‌ منظور بهبود خروجی سیستم‌های ایجاد عدد تصادفی مبتنی ‌بر لیزر، کائو و اعضای تیمش یک لیزر جمع‌و‌جور خلق کردند و طراحی حفره‌ی لیزر را تغییر دادند تا ظاهری شبیه‌ ساعت شنی پیدا کند. وقتی لیزر بتابد،‌ امواج نور در بین دو انتهای ساعت شنی کمانه می‌کنند. نوسان ایجادشده در تراکم ذرات کوانتومی نور توسط دوربینی پرسرعت ثبت می‌شوند و رایانه آن‌ها را به مجموعه‌ای از اعداد تصادفی تبدیل می‌کند. به ‌لطف طراحی جدید، حفره‌ی لیزر در نقش تشدیدکننده برای امواج نور ظاهر می‌شود و این یعنی بیت‌های تصادفی را می‌توان به‌صورت موازی خلق کرد؛ حتی با استفاده از صرفا یک دیود لیزر. این نخستین بار است که چنین امکانی در سیستم‌های مولد عدد تصادفیِ مبتنی ‌بر نور فراهم می‌شود. 

نتایج حاصل از سیستم جدید از لحاظ سرعت و مقیاس، امیدوارکننده هستند. با استفاده از این سیستم تقویتی، کائو و اعضای تیمش توانستند در هر ثانیه حدودا ۲۵۰ ترابیت (۲۵۰ هزار گیگابیت) بیت تصادفی خلق کنند که دو برابر سریع‌ترین سیستم‌های فعلی است. محققان می‌گویند فناوری مورد استفاده را می‌توان به ‌شکلی چشمگیر پیشرفته‌تر کرد و مقیاس آن را گسترش داد.

به ‌منظور عملیاتی کردن فناوری جدید، باید تراشه‌ای کوچک تولید شود که شامل لیزر و فتودیتکتورها باشد و بتواند مستقیما با سرعت زیاد، اندازه‌گیری‌ها را بلادرنگ به رایانه ارسال کند. بسیاری از شرکت‌ها در حال حاضر مشغول انجام تحقیقات هستند تا بتوانند از ذرات نور برای ایجاد اعداد تصادفی استفاده کنند؛ به‌ همین دلیل انتظار می‌رود این حوزه در سال‌های آینده بسیار شلوغ باشد.