在經(jīng)典和量子安全通信中 實際隨機性是不完整的

隨機位序列是現(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。在一項新的研究中，研究人員確定生成經(jīng)典或量子的真正隨機位序列是一項不可能的任務(wù)?；谶@些發(fā)現(xiàn)，他們展示了一種分類安全通信的新方法。

隨機位序列的數(shù)學(xué)定義非常簡單，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)。盡管定義非常簡單，但是將過程隨機證明為隨機過程實際上要復(fù)雜得多，但是至關(guān)重要，例如，在安全通信中，必須對信息進行加密以防止黑客預(yù)測比特流。

在2019年11月5日發(fā)表在《歐洲物理學(xué)快報》(Europhysics Letters)上的一篇文章中，巴伊蘭大學(xué)的研究人員證明，美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院(NIST)證明具有隨機性的長序列遠非真正的隨機性。他們的工作表明，可以將很大一部分非隨機比特系統(tǒng)地嵌入到此類比特序列中，而不會負面影響其經(jīng)過驗證的隨機性。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)觀點是，只有不確定的物理過程才能生成真正的隨機位序列，并最終通過數(shù)百種非常全面的統(tǒng)計測試進行驗證。”大學(xué)物理系和岡達(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，該策略之前從未進行過測試。我們的策略旨在量化可以系統(tǒng)地嵌入到經(jīng)過認證的隨機比特序列中的最大信息量，而不會損害其認證。” 研究的主要貢獻者是Shira Sardi和Herut Uzan。

使用這種策略，可以量化超出二進制認證的隨機性級別。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)計量子隨機位發(fā)生器的隨機性是完美的。但是，實際上，由于許多實驗上的缺陷，這種完美的量子隨機性可能會降低。”量子數(shù)發(fā)生器生成的序列最終必須通過統(tǒng)計測試進行認證，該統(tǒng)計測試可以區(qū)分原始的量子保證序列和偽序列。但是，新發(fā)現(xiàn)的實際隨機性的不完整性有望甚至破壞量子隨機數(shù)發(fā)生器。”

這項工作提出的新觀點要求重新評估測量經(jīng)典和量子隨機性的量化定義，并將其應(yīng)用于安全通信。