Les séquences de bits aléatoires sont des ingrédients clés de diverses tâches dans la vie moderne et en particulier dans la communication sécurisée. Dans une nouvelle étude, des chercheurs ont déterminé que générer de véritables séquences de bits aléatoires, classique ou quantique, est une mission impossible. Sur la base de ces constatations, ils ont démontré une nouvelle méthode de communication sécurisée classifiée.

La définition mathématique d'une séquence de bits aléatoires est si simple qu'elle peut être résumée en une phrase :Une séquence de bits dont le prochain bit est égal à 0 ou 1 avec une probabilité égale, indépendant des précédents. Bien que la définition soit très simple, la certification pratique d'un processus comme aléatoire est beaucoup plus compliquée mais cruciale, par exemple, en communication sécurisée, où les informations doivent être brouillées afin d'empêcher les pirates de prédire un flux de bits.

Dans un article à paraître le 5 novembre, 2019 dans la revue Lettres Europhysiques , des chercheurs de l'Université Bar-Ilan démontrent que les séquences longues avec un caractère aléatoire certifié par le National Institute of Standard and Technology (NIST) des États-Unis sont loin d'être vraiment aléatoires. Leur travail démontre qu'une grande fraction de bits non aléatoires peut être systématiquement intégrée dans de telles séquences de bits sans affecter négativement leur caractère aléatoire certifié. Cette découverte conduit à un nouveau type de communication sécurisée classifiée entre deux parties où même l'existence de la communication elle-même est cachée.

"Le point de vue scientifique et technologique actuel est que seuls les processus physiques non déterministes peuvent générer des séquences de bits vraiment aléatoires, qui sont vérifiés de manière concluante par des centaines de tests statistiques très complets, " a déclaré l'auteur principal de l'étude, le professeur Ido Kanter, du Département de physique de l'Université Bar-Ilan et du Centre de recherche multidisciplinaire sur le cerveau de Gonda (Goldschmied). Le groupe de recherche de Kanter comprend Shira Sardi, Herut Ouzan, Shiri Otmazgin, Dr Yaara Aviad et Prof. Michael Rosenbluh.

"Nous proposons une stratégie inversée, qui n'a jamais été testé auparavant. Notre stratégie vise à quantifier la quantité maximale d'informations pouvant être systématiquement embarquées dans une séquence de bits aléatoires certifiée, sans nuire à sa certification, " ont déclaré les doctorants Shira Sardi et Herut Uzan, les principaux contributeurs à la recherche.

En utilisant une telle stratégie, le niveau d'aléatoire peut être quantifié au-delà de la certification binaire. En outre, puisque l'information est systématiquement noyée dans la séquence de bits, l'approche offre un nouveau cryptosystème, semblable à la stéganographie, où l'existence de toute communication est totalement occultée.

"Selon les principes fondamentaux de la physique quantique, le caractère aléatoire des générateurs de bits aléatoires quantiques devrait être parfait. En pratique, cependant, ce parfait hasard quantique peut être diminué par de nombreuses imperfections expérimentales, a déclaré le professeur Kanter. "D'où, une séquence générée par un générateur de nombres quantiques doit finalement être certifiée par des tests statistiques qui peuvent différencier les séquences quantiques originales garanties et les fausses. Cependant, l'incomplétude nouvellement découverte du caractère aléatoire pratique devrait perturber même les générateurs de nombres aléatoires quantiques. »

Le nouveau point de vue présenté dans ce travail appelle à une réévaluation de la définition quantifiée de la mesure de l'aléatoire classique et quantique, ainsi que son application pour sécuriser la communication.