Le sequenze di bit casuali sono ingredienti chiave di vari compiti nella vita moderna e specialmente nella comunicazione sicura. In un nuovo studio i ricercatori hanno determinato che generando vere sequenze di bit casuali, classico o quantistico, è una missione impossibile. Sulla base di questi risultati, hanno dimostrato un nuovo metodo di comunicazione sicura classificata.

La definizione matematica di una sequenza di bit casuale è così semplice che può essere riassunta in una frase:una sequenza di bit il cui bit successivo è uguale a 0 o 1 con uguale probabilità, indipendente da quelli precedenti. Sebbene la definizione sia molto semplice, la certificazione pratica di un processo come casuale è molto più complicata ma cruciale, Per esempio, in una comunicazione sicura, dove le informazioni devono essere criptate per impedire agli hacker di prevedere un flusso di bit.

In un articolo che sarà pubblicato il 5 novembre, 2019 sulla rivista Lettere di Eurofisica , i ricercatori della Bar-Ilan University dimostrano che lunghe sequenze con casualità certificata dal National Institute of Standard and Technology (NIST) degli Stati Uniti sono lungi dall'essere veramente casuali. Il loro lavoro dimostra che una grande frazione di bit non casuali può essere sistematicamente incorporata in tali sequenze di bit senza influire negativamente sulla loro casualità certificata. Questa scoperta porta a un nuovo tipo di comunicazione sicura classificata tra due parti in cui viene nascosta anche l'esistenza della comunicazione stessa.

"L'attuale punto di vista scientifico e tecnologico è che solo i processi fisici non deterministici possono generare sequenze di bit veramente casuali, che sono definitivamente verificati da centinaia di test statistici molto completi, " ha detto l'autore principale dello studio, Prof. Ido Kanter, del Dipartimento di Fisica dell'Università di Bar-Ilan e del Centro di ricerca multidisciplinare sul cervello di Gonda (Goldschmied). Il gruppo di ricerca di Kanter comprende Shira Sardi, Herut Uzan, Shiri Otmazgin, Dr. Yaara Aviad e Prof. Michael Rosenbluh.

"Proponiamo una strategia inversa, che non è mai stato testato prima. La nostra strategia mira a quantificare la quantità massima di informazioni che possono essere sistematicamente incorporate in una sequenza di bit casuale certificata, senza pregiudicare la sua certificazione, " hanno affermato i dottorandi Shira Sardi e Herut Uzan, i principali contributori alla ricerca.

Utilizzando una tale strategia, il livello di casualità può essere quantificato oltre la certificazione binaria. Inoltre, poiché le informazioni sono sistematicamente incorporate nella sequenza di bit, l'approccio offre un nuovo sistema crittografico, simile alla steganografia, dove l'esistenza di qualsiasi comunicazione è completamente nascosta.

"Secondo i principi fondamentali della fisica quantistica, la casualità dei generatori di bit casuali quantistici dovrebbe essere perfetta. In pratica, però, questa perfetta casualità quantistica può essere ridotta da molte imperfezioni sperimentali, ha detto il prof. Kanter. "Quindi, una sequenza generata da un generatore di numeri quantici alla fine deve essere certificata da test statistici in grado di differenziare tra sequenze garantite quantistiche originali e spurie. Però, si prevede che l'incompletezza appena scoperta della casualità pratica interromperà anche i generatori di numeri casuali quantistici".

Il nuovo punto di vista presentato in questo lavoro richiede una rivalutazione della definizione quantificata di misurazione della casualità classica e quantistica, così come la sua applicazione per proteggere la comunicazione.