Nghiên cứu toán học chỉ ra rằng khi một người chọn liên tiếp hai số ngẫu nhiên, số thứ hai sẽ thường có liên hệ với số trước, cho thấy rằng tỷ lệ chọn được hai số thực sự ngẫu nhiên là rất thấp. Thế nhưng bạn đừng buồn, thật ra thì máy tính cũng không tạo ra được một con số thực sự ngẫu nhiên đâu.
Một tinh thể được tạo thành thông qua các phản ứng hóa học.
Việc tạo ra một dãy số ngẫu nhiên rất quan trọng trong ngành thiết kế hình mẫu toán học và mã hóa thông tin; số ngẫu nhiên đóng vai trò lớn trong việc đảm bảo việc lướt web an toàn nhất có thể. Thông thường, các nhà khoa học và người tạo mã sẽ dựa vào các hiện tượng tự nhiên như phân rã hạt nhân và âm thanh trong không khí để có thể tạo ra sự ngẫu nhiên trong dãy số của họ.
Nhưng tương lai sẽ khác: lần đầu tiên, các nhà hóa học có thể sử dụng một nguồn tạo ngẫu nhiên khác, dựa vào các tính chất hóa học của vật chất. Các nhà khoa học này đã xây dựng một hệ thống robot sử dụng quá trình kết tinh để tạo ra các chuỗi số ngẫu nhiên và mã hóa thông tin. Họ vừa công bố kết quả nghiên cứu của mình lên tạp chí khoa học Matter.
"Chúng tôi mã hóa từ 'crytal!' nhờ trình tạo số của mình song song với một thuật toán được nhiều người biết tới", theo lời của Lee Cronin, tác giả chính của công trình nghiên cứu này và là một giáo sư bộ môn Hóa học tại đại học Glasgow. "Chúng tôi thấy rằng thông tin của chúng tôi được mã hóa bằng một dãy số ngẫu nhiên hoàn toàn sẽ khó phá giải hơn các thuật toán thông thường, vì các hệ thống máy tính của mình có thể đoán được thuật toán và tấn công thông qua đó."
Đây là cách nó hoạt động: dưới điều kiện thích hợp, các chất hóa học trong một dung dịch lỏng hỗn tạp có thể hợp lại thành một hình dạng đồng nhất và tập trung như các hạt tinh thể. Quá trình này bao gồm rất nhiều yếu tố ngẫu nhiên, từ thời gian cho tới hình dạng của các tinh thể đó.
Ba phản ứng hóa học khác nhau mà Cronin đã dùng
Cronin và những đồng nghiệp của mình đã thiết kế một robot đơn giản có thể nhìn được các mảng của buồng kết tinh thông qua một webcam và biến đổi những yếu tố đó thành một dãy số 0 và 1. Những nhà nghiên cứu nhìn vào ba quá trình biến đổi khác nhau và so sánh chuỗi mã hóa dành cho từ "crystal!" này với Mersene Twister, một trình tạo dãy số ngẫu nhiên thông qua các thuật toán. Không như những thuật toán thông thường được sử dụng, chuỗi số được tạo ra bởi các tinh thể này khó để có thể giải mã hơn nhiều.
Phương thức này cho thấy một biện pháp mới có thể thay đổi cho các trình tạo dãy số tự nhiên bây giờ, và theo Cronin, hệ thống của ông thậm chí còn có vài ưu điểm, như là khả năng tái sử dụng vô tận.
Có vô số các loại tinh thể với vô số các phản ứng khác nhau - điều này sẽ khiến cho việc tạo ra một dãy số ngẫu nhiên càng dễ dàng hơn.
Cronin cũng so sánh nó với một loại hóa chất chuyên dùng để làm ấm tay - vốn hoạt động bằng quá trình kết tinh. Sau khi thiết bị này giảm nhiệt độ khi phản ứng hoàn thành, ta có thể đun nóng nó trong nước ấm nhằm tan rã các tinh thể được tạo ra để có thể sử dụng lại.
Cronin nói rằng trong các thí nghiệm sắp tới, ông muốn tăng thêm "sự hỗn loạn" bằng cách thêm các phản ứng hóa học khác trước khi bắt đầu quá trình kết tinh. Về mặt lý thuyết, một hacker có thể tạo ra một phản ứng y hệt nhằm có thể đẩy nhanh quá trình giải mã được tạo ra bởi robot của Cronin; ông nhận định rằng "một hệ thống với càng nhiều sự ngẫu nhiên thì càng khó giải mã".
"Dự án này được tạo ra nhằm có thể cấu tạo nên một quá trình, phương pháp và sự kết tinh hoàn toàn ngẫu nhiên, tạo ra một dãy số hoàn hảo cho việc mã hóa", Cronin kết luận.
Sơ đồ cỗ máy của Cronin
Trong báo cáo nghiên cứu, Cronin và các đồng tác giả đã cho thấy rằng họ cũng có thể chế tạo một phiên bản mini của robot này nhằm có thể đưa vào các máy tính thông thường, kích hoạt khả năng có thể truy cập vào một trình tạo ngẫu nhiên thông qua quá trình kết tinh này. Thậm chí, ông nhấn mạnh rằng đây sẽ là một phương pháp chi phí hiệu quả hơn sử dụng tính toán lượng tử - tiêu chuẩn vàng cho việc cấu tạo các dãy số ngẫu nhiên.
Tuy được thiết kế cho công trình này, Cronin cũng nói rằng robot của ông có thể giúp trong nhiều dự án khác như phát triển y dược, phát hiện chất cấm hoặc phát triển các dạng pin mới.
"Hóa học là một phạm trù rộng lớn, chúng ta có thể phát triển theo nhiều hướng khác nhau nữa", theo Cronin.
Một tinh thể được tạo thành thông qua các phản ứng hóa học.
Việc tạo ra một dãy số ngẫu nhiên rất quan trọng trong ngành thiết kế hình mẫu toán học và mã hóa thông tin; số ngẫu nhiên đóng vai trò lớn trong việc đảm bảo việc lướt web an toàn nhất có thể. Thông thường, các nhà khoa học và người tạo mã sẽ dựa vào các hiện tượng tự nhiên như phân rã hạt nhân và âm thanh trong không khí để có thể tạo ra sự ngẫu nhiên trong dãy số của họ.
Nhưng tương lai sẽ khác: lần đầu tiên, các nhà hóa học có thể sử dụng một nguồn tạo ngẫu nhiên khác, dựa vào các tính chất hóa học của vật chất. Các nhà khoa học này đã xây dựng một hệ thống robot sử dụng quá trình kết tinh để tạo ra các chuỗi số ngẫu nhiên và mã hóa thông tin. Họ vừa công bố kết quả nghiên cứu của mình lên tạp chí khoa học Matter.
"Chúng tôi mã hóa từ 'crytal!' nhờ trình tạo số của mình song song với một thuật toán được nhiều người biết tới", theo lời của Lee Cronin, tác giả chính của công trình nghiên cứu này và là một giáo sư bộ môn Hóa học tại đại học Glasgow. "Chúng tôi thấy rằng thông tin của chúng tôi được mã hóa bằng một dãy số ngẫu nhiên hoàn toàn sẽ khó phá giải hơn các thuật toán thông thường, vì các hệ thống máy tính của mình có thể đoán được thuật toán và tấn công thông qua đó."
Đây là cách nó hoạt động: dưới điều kiện thích hợp, các chất hóa học trong một dung dịch lỏng hỗn tạp có thể hợp lại thành một hình dạng đồng nhất và tập trung như các hạt tinh thể. Quá trình này bao gồm rất nhiều yếu tố ngẫu nhiên, từ thời gian cho tới hình dạng của các tinh thể đó.
Ba phản ứng hóa học khác nhau mà Cronin đã dùng
Cronin và những đồng nghiệp của mình đã thiết kế một robot đơn giản có thể nhìn được các mảng của buồng kết tinh thông qua một webcam và biến đổi những yếu tố đó thành một dãy số 0 và 1. Những nhà nghiên cứu nhìn vào ba quá trình biến đổi khác nhau và so sánh chuỗi mã hóa dành cho từ "crystal!" này với Mersene Twister, một trình tạo dãy số ngẫu nhiên thông qua các thuật toán. Không như những thuật toán thông thường được sử dụng, chuỗi số được tạo ra bởi các tinh thể này khó để có thể giải mã hơn nhiều.
Phương thức này cho thấy một biện pháp mới có thể thay đổi cho các trình tạo dãy số tự nhiên bây giờ, và theo Cronin, hệ thống của ông thậm chí còn có vài ưu điểm, như là khả năng tái sử dụng vô tận.
Có vô số các loại tinh thể với vô số các phản ứng khác nhau - điều này sẽ khiến cho việc tạo ra một dãy số ngẫu nhiên càng dễ dàng hơn.
Cronin cũng so sánh nó với một loại hóa chất chuyên dùng để làm ấm tay - vốn hoạt động bằng quá trình kết tinh. Sau khi thiết bị này giảm nhiệt độ khi phản ứng hoàn thành, ta có thể đun nóng nó trong nước ấm nhằm tan rã các tinh thể được tạo ra để có thể sử dụng lại.
Cronin nói rằng trong các thí nghiệm sắp tới, ông muốn tăng thêm "sự hỗn loạn" bằng cách thêm các phản ứng hóa học khác trước khi bắt đầu quá trình kết tinh. Về mặt lý thuyết, một hacker có thể tạo ra một phản ứng y hệt nhằm có thể đẩy nhanh quá trình giải mã được tạo ra bởi robot của Cronin; ông nhận định rằng "một hệ thống với càng nhiều sự ngẫu nhiên thì càng khó giải mã".
"Dự án này được tạo ra nhằm có thể cấu tạo nên một quá trình, phương pháp và sự kết tinh hoàn toàn ngẫu nhiên, tạo ra một dãy số hoàn hảo cho việc mã hóa", Cronin kết luận.
Sơ đồ cỗ máy của Cronin
Trong báo cáo nghiên cứu, Cronin và các đồng tác giả đã cho thấy rằng họ cũng có thể chế tạo một phiên bản mini của robot này nhằm có thể đưa vào các máy tính thông thường, kích hoạt khả năng có thể truy cập vào một trình tạo ngẫu nhiên thông qua quá trình kết tinh này. Thậm chí, ông nhấn mạnh rằng đây sẽ là một phương pháp chi phí hiệu quả hơn sử dụng tính toán lượng tử - tiêu chuẩn vàng cho việc cấu tạo các dãy số ngẫu nhiên.
Tuy được thiết kế cho công trình này, Cronin cũng nói rằng robot của ông có thể giúp trong nhiều dự án khác như phát triển y dược, phát hiện chất cấm hoặc phát triển các dạng pin mới.
"Hóa học là một phạm trù rộng lớn, chúng ta có thể phát triển theo nhiều hướng khác nhau nữa", theo Cronin.
Theo Genk
