Ar tikrai pasaulyje neegzistuoja atsitiktinumai? Šis mokslo proveržis gali išklibinti viską, kuo tikime

Tačiau šiuolaikinis mokslas jau seniai žino: didžioji dalis to, ką vadiname atsitiktinumu, tėra mūsų nežinojimo iliuzija. Ir štai dabar, po ilgų laukimo metų, atsirado proveržis, galintis iš esmės pakeisti ne tik informatiką, bet ir saugumo, mokslo bei technologijų ateitį.

Kodėl tikras atsitiktinumas taip ilgai buvo nepasiekiamas?

Paprasta vaikų skaičiuotė, tokia kaip „entliczek, pentliczek“, puikiai atskleidžia problemos esmę. Jei žinome, kas pradeda skaičiuoti ir kiek yra dalyvių, galutinis rezultatas tampa visiškai nuspėjamas. Lygiai taip pat veikia ir daugelis tradicinių atsitiktinumo šaltinių. Monetos metimas atrodo chaotiškas, tačiau teoriškai, turint be galo tikslius duomenis apie jėgą, kampą, oro pasipriešinimą ir monetos formą, būtų galima iš anksto apskaičiuoti, kuri pusė atsivers.

Tas pats galioja ir kompiuteriuose naudojamiems vadinamiesiems pseudatsitiktinių skaičių generatoriams. Jie yra sudėtingi, greiti ir praktiški, tačiau iš esmės tai – deterministinės sistemos. Jei žinomas pradinis parametras, vadinamoji „sėkla“, visi vėlesni skaičiai tampa nuspėjami. 

Kasdienėse programose tai dažniausiai nesukelia problemų, tačiau kibernetinio saugumo srityje tokia „pusiau atsitiktinė“ prigimtis gali tapti rimta spraga. Šifravimo raktai privalo būti absoliučiai nenuspėjami, nes bet koks pasikartojantis raštas ar paslėsta struktūra suteikia pranašumą įsilaužėliams.

Kvantinė fizika – ten, kur atsitiktinumas yra tikras

Sprendimas šiai senai problemai atėjo iš srities, kuri ilgą laiką atrodė pernelyg abstrakti praktiniams pritaikymams – kvantinės fizikos. Skirtingai nei klasikinis pasaulis, kuriame kiekvienas įvykis turi aiškią priežastį, kvantiniame lygmenyje pati realybė yra tikimybinė. Elementariosios dalelės, tokios kaip fotonai ar elektronai, neturi iš anksto nulemtos elgsenos.

Vienas dažniausiai minimas pavyzdys – fotonas, pataikantis į pusiau permatomą veidrodį. Nėra jokio paslėpto mechanizmo, kuris „nuspręstų“, ar fotonas bus atspindėtas, ar praeis kiaurai. Šis pasirinkimas įvyksta visiškai atsitiktinai. Tik matavimo momentu tikimybių „debesys“ subliūkšta į vieną konkretų rezultatą. Būtent čia slypi tas atsitiktinumas, kurio neįmanoma apskaičiuoti, atspėti ar atkurti net turint visą informaciją apie sistemą.

„Randomness Beacon“ – naujas pasaulinis standartas?

Šiais metais Kolorado universiteto mokslininkų komanda pristatė projektą, kuris jau dabar vadinamas istoriniu. „Colorado University Randomness Beacon“ tapo pirmuoju viešai prieinamu šaltiniu, generuojančiu skaičių sekas, paremtas kvantiniais reiškiniais. Kitaip tariant, tai nėra dar vienas sudėtingas algoritmas – tai tiesioginis ryšys su fundamentaliomis Visatos savybėmis.

Svarbiausias šio projekto aspektas yra skaidrumas. Sugeneruoti skaičiai yra ne tik viešai prieinami, bet ir patikrinami. Kiekvienas gali įsitikinti, kad jie kilo iš realaus kvantinio proceso, o ne iš programos, apsimetančios atsitiktine. Tai ypač svarbu kibernetinio saugumo pasaulyje, kuriame pasitikėjimas šaltiniu yra kritinis.

Kriptografiniai raktai, sukurti remiantis tokiu atsitiktinumo šaltiniu, iš esmės tampa nepažeidžiami atakoms, kurios analizuoja duomenų struktūrą ar pasikartojimus. Jei nėra raštų, nėra ir ką laužti. Tai gali tapti nauju saugumo etalonu valstybinėms sistemoms, finansų sektoriui ar kritinei infrastruktūrai.

Nauda mokslui ir technologijoms – kur kas platesnė

Tikras atsitiktinumas reikalingas ne tik šifravimui. Daugybė mokslinių tyrimų, ypač fizikoje, chemijoje ar ekonomikoje, remiasi sudėtingomis simuliacijomis. Monte Karlo metodai, plačiai naudojami prognozėms ir modeliavimui, reikalauja aukštos kokybės atsitiktinių skaičių. Net nedideli paslėpti dėsningumai gali iškreipti rezultatus ir nuvesti tyrėjus klaidingomis kryptimis.

Viešai prieinamas, patikimas kvantinis atsitiktinumo šaltinis pašalina šią riziką. Mokslininkai gali būti tikri, kad jų modeliuose nėra nematomų koreliacijų, atsiradusių dėl netobulų generatorių. Tai reiškia tikslesnius tyrimus ir patikimesnes išvadas.

Atsitiktinumo demokratizacija

Dar vienas svarbus šio projekto aspektas – prieinamumas. Iki šiol tikram kvantiniam atsitiktinumui gauti reikėjo brangios laboratorinės įrangos ir specifinių žinių. Dabar programuotojai, tyrėjai ar kriptografai gali tiesiog pasinaudoti internetine paslauga. Tai atveria duris naujiems sprendimams tokiose srityse kaip pažangi kriptografija, unikalių identifikatorių generavimas ar blokų grandinės protokolai.

Žinoma, pats faktas, kad skaičiai yra kvantiškai atsitiktiniai, dar neišsprendžia visų praktinių problemų. Juos reikia tinkamai integruoti į esamas sistemas, užtikrinti stabilų prieinamumą ir apsaugą nuo piktnaudžiavimo. Tačiau Kolorado universiteto komanda nuo pat pradžių akcentuoja skaidrumą ir patikrinamumą, leisdama kiekvienam vartotojui įsitikinti, kad atsitiktinumas yra tikras, o ne tik gražiai pateikta imitacija.

Galbūt pirmą kartą istorijoje žmonija priartėjo prie momento, kai žodis „atsitiktinumas“ nustoja būti filosofine sąvoka ir tampa apčiuopiama technologija. Ir būtent tai gali iš esmės pakeisti mūsų santykį su saugumu, mokslu ir pačia realybe.