在經(jīng)典和量子安全通信中 實(shí)際隨機(jī)性是不完整的

隨機(jī)位序列是現(xiàn)代生活中各種任務(wù)的關(guān)鍵要素，尤其是在安全通信中。在一項(xiàng)新的研究中，研究人員確定生成經(jīng)典或量子的真正隨機(jī)位序列是一項(xiàng)不可能的任務(wù)?；谶@些發(fā)現(xiàn)，他們展示了一種分類安全通信的新方法。

隨機(jī)位序列的數(shù)學(xué)定義非常簡(jiǎn)單，因此可以用一句話來概括：一系列位，其下一位等于0或1的概率均等，與前一位無關(guān)。盡管定義非常簡(jiǎn)單，但是將過程隨機(jī)證明為隨機(jī)過程實(shí)際上要復(fù)雜得多，但是至關(guān)重要，例如，在安全通信中，必須對(duì)信息進(jìn)行加密以防止黑客預(yù)測(cè)比特流。

在2019年11月5日發(fā)表在《歐洲物理學(xué)快報(bào)》(Europhysics Letters)上的一篇文章中，巴伊蘭大學(xué)的研究人員證明，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院(NIST)證明具有隨機(jī)性的長(zhǎng)序列遠(yuǎn)非真正的隨機(jī)性。他們的工作表明，可以將很大一部分非隨機(jī)比特系統(tǒng)地嵌入到此類比特序列中，而不會(huì)負(fù)面影響其經(jīng)過驗(yàn)證的隨機(jī)性。這一發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致了兩方之間的新型保密通信，其中甚至隱藏了通信本身的存在。

該研究的主要作者，Bar-Ilan的Ido Kanter教授說：“目前的科學(xué)和技術(shù)觀點(diǎn)是，只有不確定的物理過程才能生成真正的隨機(jī)位序列，并最終通過數(shù)百種非常全面的統(tǒng)計(jì)測(cè)試進(jìn)行驗(yàn)證。”大學(xué)物理系和岡達(dá)(Goldschmied)多學(xué)科大腦研究中心?？蔡氐难芯啃〗M包括Shira Sardi，Herut Uzan，Shiri Otmazgin，Yaara Aviad博士和Michael Rosenbluh教授。

博士說：“我們提出了一種反向策略，該策略之前從未進(jìn)行過測(cè)試。我們的策略旨在量化可以系統(tǒng)地嵌入到經(jīng)過認(rèn)證的隨機(jī)比特序列中的最大信息量，而不會(huì)損害其認(rèn)證。” 研究的主要貢獻(xiàn)者是Shira Sardi和Herut Uzan。

使用這種策略，可以量化超出二進(jìn)制認(rèn)證的隨機(jī)性級(jí)別。另外，由于信息被系統(tǒng)地嵌入到位序列中，因此該方法提供了一種類似于隱寫術(shù)的新密碼系統(tǒng)，其中完全隱藏了任何通信的存在。

坎特教授說：“根據(jù)量子物理學(xué)的基本原理，預(yù)計(jì)量子隨機(jī)位發(fā)生器的隨機(jī)性是完美的。但是，實(shí)際上，由于許多實(shí)驗(yàn)上的缺陷，這種完美的量子隨機(jī)性可能會(huì)降低。”量子數(shù)發(fā)生器生成的序列最終必須通過統(tǒng)計(jì)測(cè)試進(jìn)行認(rèn)證，該統(tǒng)計(jì)測(cè)試可以區(qū)分原始的量子保證序列和偽序列。但是，新發(fā)現(xiàn)的實(shí)際隨機(jī)性的不完整性有望甚至破壞量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器。”

這項(xiàng)工作提出的新觀點(diǎn)要求重新評(píng)估測(cè)量經(jīng)典和量子隨機(jī)性的量化定義，并將其應(yīng)用于安全通信。