Deepfake, criptovalute e wallet mobile: i nuovi trend per gli hacker

I numeri casuali sono sempre più importanti per il nostro mondo digitalmente connesso, con applicazioni che includono e-commerce, crittografia e cloud computing. Produrre rapidamente una grande quantità di numeri veramente casuali, però, è una sfida.
Per accelerare le cose, un team di ricercatori di Yale ha sviluppato un laser compatto che può produrre questi numeri casuali 100 volte più velocemente dei più veloci sistemi attuali. I risultati sono pubblicati il 26 febbraio nella rivista Science.
Per sventare gli aspiranti hacker, i sistemi informatici devono generare sequenze di numeri casuali. Alcuni sistemi usano ciò che è noto come numeri pseudo-casuali, che sono in realtà modelli complessi che iniziano con un numero particolare, o “seme”. Funzionano bene per alcune applicazioni, ma se gli attaccanti conoscono il seme o qualsiasi parte dell’algoritmo, possono superare la crittografia. Altri sistemi impiegano la vera casualità, spesso basandosi su fenomeni imprevedibili come il decadimento radioattivo di un atomo, in cui il tempo del decadimento è misurato con un rilevatore Geiger e poi convertito in bit casuali. Anche questi hanno i loro svantaggi, come la bassa velocità e l’alto costo.
“Di solito, questi generatori di numeri casuali fisici non sono molto veloci – questo è un problema”, ha detto Hui Cao di Yale, il John C. Malone Professor di fisica applicata e professore di fisica e di ingegneria elettrica, che ha condotto lo studio. “Inoltre, sono sequenziali – cioè, di solito generano solo un bitstream. Non possono generare molti flussi di bit contemporaneamente. E in ogni flusso, il tasso è relativamente basso, quindi questo gli impedisce di generare molti numeri casuali molto rapidamente”.
Cao e il team di ricerca hanno progettato un tipo speciale di laser a semiconduttore per generare casualità. Le proprietà imprevedibili dei laser sono state usate per generare numeri casuali prima, ma quei sistemi si basavano sulle dinamiche temporali caotiche dei laser, che erano causate dall’introduzione di feedback. Tuttavia, la frequenza delle fluttuazioni è limitata dal tempo di risposta del materiale, che a sua volta limita il numero di bit casuali che questi sistemi possono produrre.
Cao e i suoi collaboratori hanno adattato la loro cavità laser per amplificare molti modi ottici simultaneamente. Questi modi interferiscono tra loro per generare rapide fluttuazioni di intensità, che vengono registrate da una telecamera veloce. Le fluttuazioni in diverse posizioni sono poi digitalizzate per generare molti flussi di bit casuali in parallelo, che si traducono in numeri casuali.
Cao ha paragonato il dispositivo a forma di clessidra a un violino che è formato appositamente per amplificare il suono e risuonare con molte frequenze acustiche. Allo stesso modo, la nuova cavità laser agisce come un risonatore per le onde ottiche e amplifica molti modi di luce
In tutti questi modi, le emissioni spontanee – causate da fluttuazioni quantistiche – rendono i flussi di bit imprevedibili, creando un generatore di bit casuale ultraveloce e massicciamente parallelo. Il risultato è un sistema che può generare circa 250 terabit, o 250.000 gigabit, di bit casuali al secondo – più di due ordini di grandezza superiore ai più veloci sistemi attuali. È anche efficiente dal punto di vista energetico e può essere scalato in modo significativo.
Avendo dimostrato che questo nuovo processo fisico può essere utilizzato per questo scopo, Cao ha notato che c’è ancora molto da studiare.
“Si apre davvero una nuova strada su come generare numeri casuali molto più velocemente, e non abbiamo ancora raggiunto il limite”, ha detto. “Per quanto riguarda quanto lontano possa andare, penso che ci sia ancora molto da esplorare”.
I ricercatori lavoreranno poi per rendere la tecnologia pronta per l’uso pratico, creando un chip compatto che incorpora sia il laser che i fotorivelatori. A quel punto, i numeri casuali potrebbero essere inseriti direttamente in un computer.
Oltre a Yale, il lavoro è una collaborazione di ricercatori dell’Université de Lorraine in Francia, della Nanyang Technological University di Singapore e del Trinity College Dublin in Irlanda. I co-autori dello studio sono Kyungduk Kim, Stefan Bittner, Yongquan Zeng, Stefano Guazzotti, Ortwin Hess e Qi Jie Wang.