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Crean un generador de números verdaderamente aleatorios

El resultado es veinte veces más imprevisible que el obtenido con los métodos convencionales


Un equipo de investigación alemán ha desarrollado un sistema que mejora la “aleatoriedad” de los números utilizados en las operaciones informáticas. Esta dosis extra de imprevisibilidad podría contribuir a elevar el grado de seguridad de las transacciones monetarias a través de Internet o aumentar la precisión de las previsiones meteorológicas, entre otras muchas aplicaciones. Por Elena Higueras.




Crean un generador de números verdaderamente aleatorios
Crean un generador de números verdaderamente aleatorios
Según un comunicado difundido por Indersciense, un grupo de científicos de la Universidad de Hagen y de la consultora BTC AG, ha diseñado un nuevo enfoque para la generación de números verdaderamente aleatorios. Los resultados de esta investigación se han publicado en la revista International Journal of Critical Computer-Based Systems.

Estos números son de vital importancia para la seguridad de redes informáticas como Internet. La incapacidad de predecir su comportamiento permite que los sitios web y los navegadores puedan encriptar los datos enviados entre ellos, utilizando una clave de sesión. Pero además, la imprevisibilidad de estos dígitos resulta clave en la elaboración de pronósticos meteorológicos o en la formulación de teorías de propagación de epidemias, por ejemplo.

Dos de los padres del “invento”, los investigadores Bernhard Fechner y Andre Osterloh, explican la importancia de maximizar la aleatoriedad de estos números. En sus propias palabras “la calidad de un número al azar es una medida de cuanto realmente de aleatorio tiene dicho número”. Para entenderlo mejor, ponen dos ejemplos: si un intercambio de datos no es realmente aleatorio, alguien podría predecir una clave de seguridad y romper el cifrado de Internet en las cuentas bancarias, sitios de comercio electrónico o páginas web gubernamentales. Del mismo modo, si los números aleatorios usados en los modelos científicos de estimación del tiempo, el clima, la propagación de enfermedades o los ciclos económicos son predecibles, los errores sistemáticos se arrastrarían en estos modelos, y esto haría que las predicciones fuesen más irreales.

Azar multiplicado por 20

Para mejorar la imprevisibilidad de estos dígitos, el equipo de científicos alemanes ha desarrollado un generador de números aleatorios que utiliza una capa adicional de aleatoriedad, lo que provoca una “sacudida” al azar en un elemento de la memoria conocido como “flip-flop”, entre los dos estados del dígito, el 0 y el 1.

Supongamos que nos encontramos en una pista de tenis, cada uno de los dos campos es considerado un estado, así el campo contrario sería el estado 1 y el campo en el que nos hallamos será el estado 0. En esta analogía, el elemento flip-flop representaría la red. En el momento del saque, habitualmente pueden suceder dos cosas: que la pelota sobrepase la red y llegue al campo contrario, es decir, obtendríamos una respuesta 1, o que la pelota rebote en la red y permanezca en nuestro campo, con lo que conseguiríamos un estado 0. Pero hay una tercera opción: si la pelota de tenis rebota justo en el borde de la red, ésta se elevará de forma perpendicular al suelo, pudiendo caer hacia cualquiera de los dos lados. En este momento, será imposible predecir en qué campo caerá la bola, hasta que no suceda de manera efectiva. Esto es lo que se conoce como un estado “metaestable”, es decir, aquel en el que resulta imposible predecir el valor que se va a obtener.

Por tanto, un flip-flop es un elemento “biestable” (puede tomar cualquier estado 0 o 1). Su característica principal es que puede permanecer en un mismo estado un tiempo indefinido, y solo puede cambiar de estado si existe una señal de entrada, también llamada de control, que se lo permita. Este estado de incertidumbre se genera en el elemento flip-flop cuando introducimos una entrada justo en el momento en el que la señal de control está cambiando. En este caso, el valor que se generaría resultaría aleatorio.

Los experimentos de este grupo de investigación han demostrado que con una pequeña serie de unidades de flip-flop en la capa de aleatorización adicional, el número resultante es casi veinte veces más imprevisible que con los métodos convencionales. Esto significa que, en una secuencia de números generada con este método, es veinte veces más difícil predecir con algún grado de certeza el número siguiente, en comparación a los actuales generadores de números aleatorios. Algo que podría utilizarse para mejorar desde la calidad de los modelos de cambio climático hasta las predicciones de mercado de valores, pasando por la protección más eficaz de los sistemas contra el espionaje de terceros.


Elena Higueras
Martes, 23 de Febrero 2010
Artículo leído 11720 veces



Nota

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1.Publicado por Pepito el 23/02/2010 09:44
El tema es interesante, la explicación del estado metaestable referido a la metáfora empleada por Woody Allen en 'Match Point' es buenísima tanto para el propio estado como para la comprensión del funcionamiento del biestable en un flanco de reloj a la entrada de control. Como artículo divulgativo, esto no tiene precio. Me lo guardaré para futuras explicaciones a mis alumnos.

Gracias!

2.Publicado por Arturo Bardiel el 23/02/2010 20:04
Fabuloso. Reemplacen los números por el alfabeto completo algun idioma más un espacio en blanco y el resultado es la "Biblioteca de Babel" de Borges. El significante da a luz el significado.

3.Publicado por mvr1981 el 23/02/2010 23:11
Pregunta:
El estado del sistema depende del estado del ambiente que lo rodea?....
Si es así, puede que no sea verdaderamente aleatorio. Quiero decir, si se obtiene un 0 o un 1, ese cero o uno obtenido, ¿estará influido por el ambiente en el cual el sistema esta inmerso?... creo que es una duda filosófica mas que practica...


4.Publicado por Zakhar el 24/02/2010 15:03
(su característica principal es que puede permanecer en un mismo estado un tiempo indefinido)

lo que me pregunto yo, es que determina este tiempo?, porque si ese tiempo lo define algún algoritmo estamos en las mismas.

5.Publicado por marcos el 24/02/2010 16:08
Excelente artículo, espero que la gente se de cuenta de la importancia de los números aleatorios. Sin embargo eliminaría el comentario final de que se podrían mejorar las predicciones del mercado de valores, dado que obviamente en ese terreno han fallado todos los modelos de predicción y es vergonzoso que se den premios Nobel y se sigan los consejos de los "grandes expertos en economía" cuando en realidad no existen y todos sus consejos aumentan la aleatoriedad de los mercados de valores.

6.Publicado por Rodrigo el 25/02/2010 11:15
El artículo se completaría convenientemente con una explicación de la generación actual de número aleatorios, secuencias pseudoaleatorias...

7.Publicado por Pepito el 25/02/2010 23:56
Para Zakhar: a ver, un biestable es un elemento hardware y no está controlado por ningún algoritmo. Cuando se habla de tiempo indefinido, se refiere a que mantiene un estado hasta que se reinicie. Vamos, lo que es un elemento básico de memoria. Que mantiene un 1 o un 0.

Para Rodrigo: Eso ya no sería un artículo, sería una tesis.

8.Publicado por mvr1981 el 27/02/2010 00:05
Un estado de un Flip-Flop seria:
... Puerta 1 - Puerta 2 - Puerta 1- puerta 2 ...
... 0 ::= ¬ 1 ::= ¬ 0 ::= ¬ 1 ...

El otro sería:
... Puerta 1 - Puerta 2 - Puerta 1- puerta 2 ...
... 1 ::= ¬ 0 ::= ¬ 1 ::= ¬ 0 ...

9.Publicado por Carlos el 28/02/2010 18:21
Me he hecho bola, como dicen los mexicanos. En efecto:
He aquí un chiste. Al aumentar el azar aumenta la incertidumbre, y si esta aumenta o es tan profunda, cómo podemos estar seguros de generar tanta incertidumbre. ¿Se genera más incertidumbre a partir de la incertidumbre o de la certeza? ¿Es esto una nueva paradoja de las matemáticas o la nueva Teoría de la Incertidumbre?
Dicho de otra manera más caprichosa: si un mayor azar genera más incertidumbre entonces esta mayor incertidumbre genera la certidumbre de que tal incertidumbre ha sido creada. ¿Fácil, eh?
Ya sin chistes pregunto: ¿ese tiempo indefinido acaba, ¿cierto?, entonces a que velocidad viaja -lo que viaje- durante su desvanecimiento? Quiere decir algo, es decir, tiene algún significado físico o matemático, es un indicador de algo, la mayor o menor duración indefinida? ¿En qué queda la teoría de David Bohm? Gracias.

10.Publicado por Mke el 04/03/2010 17:58
Excelente artículo, felicitaciones.

11.Publicado por zopilote el 18/05/2010 18:52
Curioso que con solo una capa física se resuelve el problema!, no soy experto pero quizás si esa capa física fueran circuitos de luz (ups! perdón si ofendo a los expertos) , el tema es el mismo por lo que veo, así que la simpleza es la base de la solución. Pensado que esa capa física reaccione al ambiente que finalmente es azaroso, hablo del clima, de la posición de la Tierra respecto a la Luna o a Sol, o infinitas posibilidades por considerar?, finalmente usamos la palanca de Arquímedes para nuestros propósitos, Abrazo!,

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