Generatore di numeri casuali creato grazie a una fotocamera di smartphone

Per decenni la vera casualità ha eluso gli scienziati informatici, fino ad oggi incapaci di sviluppare un generatore di numeri casuali semplice ed economico. Il problema pare essere stato risolto grazie a un semplicissimo sensore ottico di qualità consumer.

Generatore casuale quantistico di numeri con uno smartphone

Con l’improbabile aiuto di un semi-dimenticato smartphone Nokia N9, un team di ricercatori dell’Università di Ginevra è riuscito in un’impresa che eludeva e frustrava i fisici di mezzo mondo: un generatore casuale di numeri economico, una sorta di Santo Graal per quanto riguarda un aspetto che oggi ci è caro e vicino quanto mai, la sicurezza informatica.

Secondo Bruno Sanguinetti, membro del team svizzero e già famoso per aver reso visibile ad occhio nudo il quantum entanglement nel 2011, questo generatore può creare numeri casuali al ritmo di 1 megabit al secondo, più che sufficiente per avere delle ricadute positive nell’ambito delle applicazioni di sicurezza. E aiuta molto che l’hardware usato, un sensore ottico da smartphone qualsiasi, costi pochissimo.

Ecco come funziona


Il fondamento della teoria è un semplice dato di fatto: nessun software può generare un numero casuale. Per sua natura, è stato sviluppato da una mente umana ed è un processo deterministico, e questo significa che ogni risultato prodotto è il frutto di un procedimento riproducibile, non casuale.

La soluzione è un generatore di numeri quantistico, una macchina che sfrutta la natura probabilistica della meccanica quantistica per produrre numeri in modo casuale. Quello inventato da Sanguinetti & co. sarebbe il primo apparecchio simile a essere economicamente sensato.

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Il team ha provato che gli attuali sensori ottici degli smartphone sono sufficientemente potenti da poter percepire le variazioni quantistiche nel numero di fotoni rilevati. Lo smartphone usato è un Nokia N9, un apparecchio con una fotocamera da 8MP - potrebbe sembrare strano, ma questa risoluzione è confrontabile con alcune soluzioni digitali tutt’ora usate in astronomia, ed è in grado di registrare il numero di fotoni che colpisce ogni pixel del sensore in un determinato periodo di tempo.

I fotoni, ovviamente, provengono dalle fonti di luce nell’ambiente circostante e sono convertiti in elettroni, che poi vengono elaborati dal software di bordo in un’immagine. Si può calcolare il numero medio di elettroni che verrà prodotto dall’impatto dei fotoni, ma l’emissione di questi ultimi non è frutto di un software, è un processo probabilistico. La differenza tra il calcolo del numero medio di elettroni prodotti e quello reale ottenuto è quindi un vero numero casuale, e ogni pixel del sensore ne produce.

Il team composto da Sanguinetti e i suoi compari ha standardizzato questo processo, illuminando ogni pixel della fotocamera del Nokia N9 con abbastanza luce da produrre una media di 410 elettroni. Un semplice software estrae i numeri digitali dalle discrepanze tra questa media e gli elettroni effettivamente generati.

È teoricamente impossibile dire se questi numeri siano completamente casuali, ma i calcoli li definiscono come "piuttosto buoni" - come dice anche Sanguinetti:

    “Se tutti sul pianeta Terra usassero questo device costantemente a 1Gbps, ci vorrebbero 10^80 volte l’età dell’universo per percepire una singola deviazione da una stringa perfettamente casuale”.

Inutile dire che tutti i test svolti sul processo che generalmente vengono usati per identificare un numero “sufficientemente” casuale sono stati passati a pieni voti.

In soldoni, per noi comuni mortali vuol dire che questo tipo di apparecchio può cambiare il mondo e tenere al sicuro le nostre email e telefonate, anche se ci troviamo a doverci proteggere da mostri di potere statale come l’NSA americana.

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Via | Medium

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