फोटॉन यादृच्छिक संख्या जनरेटर: सबसे विश्वसनीय एन्क्रिप्शन?

सूचना हमारे समय के सबसे मूल्यवान संसाधनों में से एक है। क्या सूचना सहायक है? सवाल बयानबाजी का है। बेशक हाँ। लेकिन गलत हाथों में पड़कर यह नुकसान कर सकता है। यही कारण है कि विभिन्न तरीकों, तकनीकों और डेटा एन्क्रिप्शन एल्गोरिदम का उपयोग किया जाता है। आखिरकार, नेटवर्क पर कुछ खरीदना, आप नहीं चाहते कि आपकी बिलिंग जानकारी कुछ बदमाश को मिले। हालांकि, सभी एल्गोरिदम समान रूप से अच्छे नहीं हैं। डेटा सुरक्षा और हैकर्स (सादगी के लिए हम सभी डेटा चोरों को उस तरह से कॉल करेंगे) हमेशा एक दूसरे के आगे काम करते हैं। एक नई एन्क्रिप्शन विधि के आगमन के साथ, इसे दरकिनार करने के नए तरीके भी दिखाई देते हैं। लेकिन क्या होगा अगर एक एल्गोरिथ्म है जिसे क्रैक नहीं किया जा सकता है? यह क्वांटम यादृच्छिक संख्या जनरेटर द्वारा मदद की जाती है। यूनिवर्सिटी ऑफ ब्रिस्टल (यूके) के शोधकर्ताओं ने एक नया एन्क्रिप्शन डिवाइस विकसित किया है - 1 मिमी ² चिप, जो संख्याओं को उत्पन्न करने के लिए फोटॉन का उपयोग करता है। नए उत्पाद की एक और विशिष्ट विशेषता इसकी गति है - 1 से अधिक Gbit / s। आपको किन कठिनाइयों से पार पाना है, दूसरों की तुलना में इस विशेष उपकरण के क्या फायदे हैं और इससे हमारा डेटा कितना सुरक्षित रहेगा? हम शोधकर्ताओं की रिपोर्ट में इन और अन्य सवालों के जवाब की तलाश करेंगे। चलो चलते हैं।

डिवाइस के संचालन का सिद्धांत

नए डिवाइस का आधार सिलिकॉन फोटोनिक्स के सिद्धांत हैं, जो अतिरंजित है, इसे निम्नानुसार वर्णित किया जा सकता है: विद्युत संकेतों का प्रवाह ट्रांसमीटर से गुजरता है, जहां वे ऑप्टिकल संकेतों में परिवर्तित हो जाते हैं; तब सिग्नल रिसीवर में चले जाते हैं, जहां इसे वापस इलेक्ट्रिकल वाले में बदल दिया जाता है।

योजनाबद्ध रूप से, यह इस तरह दिखता है:



इस तकनीक का उपयोग करके, सिलिकॉन में वेवगाइड को एकीकृत करना संभव हो गया, जो चिप के माध्यम से प्रकाश (ऑप्टिकल सिग्नल) को निर्देशित करेगा, और रास्ते में कोई हल्का नुकसान नहीं होगा। नतीजतन, इस तरह के वेवगाइड को एक ऑप्टिकल सिग्नल को सूचना में परिवर्तित करने के लिए बहुत तेज़ गति से काम करने वाले अंतर्निहित डिटेक्टरों के साथ जोड़ा जा सकता है।

यदि एन्क्रिप्शन एल्गोरिथ्म की भविष्यवाणी या गणना करना असंभव है, तो जानकारी को मज़बूती से संरक्षित किया जाता है। यह उपकरण इस तथ्य का फायदा उठाता है कि कुछ शर्तों के तहत लेजर फोटॉन को बेतरतीब ढंग से उत्सर्जित करेगा। किसी भी लेजर का उत्सर्जित प्रकाश प्रेरित * और सहज * विकिरण का एक संयोजन है।

प्रेरित विकिरण * - एक उत्प्रेरण फोटॉन के प्रभाव में, जब सिस्टम एक राज्य से दूसरे में गुजरता है, तो एक नया फोटॉन उत्पन्न होता है। अतिरंजित इसे जानबूझकर विकिरण कहा जा सकता है।

सहज उत्सर्जन * - एक प्रणाली द्वारा विद्युत चुम्बकीय तरंगों का सहज उत्सर्जन जो उन्हें शांत अवस्था में उत्तेजित करता है।

नीचे डिवाइस और उसके विवरण का आरेख है।



डायोड लेजर का उपयोग विकिरण उत्पन्न करने के लिए किया जाता है। प्रकाश का एक छोटा सा हिस्सा ध्रुवीकरण नियंत्रक को निर्देशित किया जाता है, जहां नुकसान की जांच के लिए प्रकाश को एक परीक्षण तरंग में एकत्र किया जाता है। और बाकी दुनिया को ध्रुवीकरण नियंत्रक के लिए भेजा जाता है, जहां यह माच-ज़ेन्डर इंटरफेरोमीटर * के कैस्केड में हस्तक्षेप किया जाता है ।

मच-ज़ेन्डर इंटरफेरोमीटर * - इसका ध्रुवीकरण की परवाह किए बिना प्रकाश की तीव्रता को संशोधित करने के लिए किया जाता है।

पहला और अंतिम इंटरफेरोमीटर एक कस्टम बीम फाड़नेवाला की भूमिका निभाते हैं। केंद्रीय एक चरण के उतार-चढ़ाव को * तीव्रता में उतार- चढ़ाव * में बदल देता है।

चरण में उतार-चढ़ाव * एक प्रकार की रैखिक विकृति है जो वाहक आवृत्ति से संकेत के विचलन के कारण होती है।

तीव्रता में उतार-चढ़ाव * - तरंग द्वारा की गई शक्ति में विकृतियाँ।

इसके अलावा, कैस्केड के बाहर, 2 फोटोडियोड हैं। उनमें से एक इंटरफेरोमीटर के चरण को कैलिब्रेट करने के लिए आवश्यक "नियामक" के रूप में उपयोग किया जाता है। इस प्रक्रिया को एकीकृत चरण शिफ्टर्स * पर वोल्टेज लागू करके किया जाता है।

Phaser * - चार-टर्मिनल डिवाइस के रूप में एक उपकरण, जिसमें इनपुट और आउटपुट पर प्रत्यावर्ती वोल्टेज के बीच एक निरंतर पूर्व निर्धारित चरण पारी प्रदान की जाती है।

दूसरा फोटोडायोड पार्श्व प्रतिक्रिया ( OUStOS ) के साथ एक परिचालन एम्पलीफायर से जुड़ा है, जो प्रकाश की तीव्रता में उतार-चढ़ाव को वोल्टेज में उतार-चढ़ाव (उतार-चढ़ाव) में परिवर्तित करता है। बाद में, यादृच्छिक बिट्स उत्पन्न करने के लिए एक आस्टसीलस्कप द्वारा डिजीटल किया जाता है।

काम की गति

डिवाइस के इष्टतम नमूनाकरण आवृत्ति * को स्थापित करने के लिए, ऑप्टिकल सिग्नल की उपस्थिति में और इसकी अनुपस्थिति में वर्णक्रमीय घनत्व * मापा गया था।

सैंपलिंग आवृत्ति * - सिग्नल सैंपलिंग के दौरान प्रति 1 यूनिट समय पर संकेतों की संख्या का निर्धारण।

स्पेक्ट्रल घनत्व * उत्सर्जन स्पेक्ट्रम की एक विशेषता है, एक संकीर्ण आवृत्ति अंतराल में तीव्रता का अनुपात ही अंतराल के आकार का है।

ऊपर दिया गया ग्राफ इन मापों के परिणामों को दर्शाता है। यहां आप लगभग 500 मेगाहर्ट्ज की गति तक अंधेरे शोर का एक बहुत ही ध्यान देने योग्य अंतराल देख सकते हैं। यह सीधे अध्ययन में उपयोग किए जाने वाले विशिष्ट परिचालन एम्पलीफायर और इलेक्ट्रॉनिक्स के स्थान से संबंधित है।

अंधेरा शोर * - एक फोटॉन-स्वतंत्र तरीके से पिक्सेल के अंदर विद्युत रूप से उत्पन्न इलेक्ट्रॉनों की संख्या में सांख्यिकीय परिवर्तन। डार्क शोर फोटोन फ्रैक्शनल शोर * का इलेक्ट्रॉनिक समतुल्य है।

शॉट शोर * - एक विद्युत और इलेक्ट्रॉनिक उपकरण के सर्किट में वोल्टेज और धाराओं का विरूपण।

सिस्टम के संचालन की जांच करने के लिए, OTSTOS का लाभ 5 kOhm पर सेट किया गया था, क्योंकि रैखिक प्रौद्योगिकी से मॉडल LT6268-10 के परिचालन प्रवर्धक का उपयोग किया गया था। 5 kOhm या उच्चतर पर इसका संचालन स्थिर है।

इसके अलावा, मापन से पता चला है कि फोटोडायोड OSTOS की तुलना में तेजी से परिमाण के क्रम से अधिक हैं। इसलिए, एनालॉग वोल्टेज सिग्नल के वर्णक्रमीय गुण लगभग पूरी तरह से ओटीएसटीओएस की गति से निर्धारित होते हैं।

ऊपर दिया गया ग्राफ कुछ चोटियों को भी दर्शाता है, मुख्य रूप से 100 मेगाहर्ट्ज के क्षेत्र में, जो पर्यावरणीय शोर है जो किसी भी तरह से यादृच्छिक बिट्स की पीढ़ी को प्रभावित नहीं करता है।

मापन से पता चला कि संभावित पीढ़ी दर लगभग 2.8 Gbit / s है। यदि आप तेजी से OSTOS का उपयोग करते हैं, तो यह आंकड़ा 10 Gb / s तक बढ़ाया जा सकता है।

काम की स्थिरता

किसी भी प्रणाली का संचालन कुछ कठिनाइयों से भरा होता है, और अधिक सटीक उन कारकों के साथ होता है जो इसकी स्थिरता को नकारात्मक रूप से प्रभावित कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, जब ऑप्टिकल फाइबर के साथ काम करते हैं, तो कोई भी मामूली तापमान परिवर्तन फाइबर की लंबाई को बदल सकता है, जो हस्तक्षेप को बाधित कर सकता है।

एकीकृत फोटोनिक्स का उपयोग करने से कुछ लाभ मिलते हैं: डिवाइस के संभावित छोटे आकार और इसकी अखंडता। कॉम्पैक्टनेस आपको एक छोटे चिप में सभी आवश्यक विवरणों को संयोजित करने की अनुमति देता है। लेकिन कई प्रकार की अस्थिरता से बचा जाता है। असंतुलित इंटरफेरोमीटर के साथ काम करते समय ऐसे सकारात्मक गुण विशेष रूप से उपयोगी होते हैं, जैसा कि वर्णित चिप के साथ होता है।



यह ग्राफ स्पष्ट रूप से 1 घंटे के निरंतर संचालन के लिए उच्च स्तर की प्रणाली स्थिरता को दर्शाता है। यह परिणाम प्रत्येक 2-3 मिनट (ग्राफ पर लाल रेखा ) एक असंतुलित इंटरफेरोमीटर के सरल चरण अंशांकन द्वारा प्राप्त किया गया था। यदि अंशांकन नहीं किया जाता है, तो संकेत ( नीली रेखा ) कई मिनटों तक स्थिर रहा।

ग्राफ पर पीली रेखा विरूपण को सामान्य करने के द्वारा प्राप्त सिग्नल का प्रतिनिधित्व करती है, जो काम करने वाले उपकरण के बाहर प्रकाश के ध्रुवीकरण में बदलाव को देखते हैं।

इस प्रकार, यह उपकरण न केवल सही यादृच्छिक संख्या उत्पन्न करने के उत्कृष्ट परिणाम दिखाता है, बल्कि बाहरी और आंतरिक दोनों कारकों के प्रभाव के लिए स्थिर संचालन भी नहीं है।


चिप की उपस्थिति (सिक्के के दाईं ओर 1 पैसा है, जिसका व्यास केवल 20.3 मिमी है)

डिवाइस की अन्य विशेषताओं, साथ ही उनके कार्यान्वयन के तरीकों के परीक्षणों से परिचित होने के लिए, मैं वैज्ञानिकों की रिपोर्ट पढ़ने की सलाह देता हूं।

उपसंहार

कभी-कभी सूचना को दुनिया की सबसे मूल्यवान मुद्रा कहा जाता है। यदि कोई बटुआ चुराता है, तो यह कष्टप्रद है, लेकिन घातक नहीं है (एक नियम के रूप में)। जानकारी की चोरी से भारी वित्तीय नुकसान हो सकता है, और यहां तक ​​कि जानलेवा तक। इसकी अनुमति नहीं दी जा सकती है, इसलिए एन्क्रिप्शन प्रौद्योगिकियां अभी भी खड़ी नहीं होती हैं और विकसित होती हैं, विज्ञान के विभिन्न क्षेत्रों में नई खोजों को जमा करती हैं।

लेकिन किसी भी सुरक्षा को दरकिनार किया जा सकता है, है ना? शायद ऊपर वर्णित इस अद्भुत आविष्कार के कारण, यह कथन इतना असंदिग्ध नहीं होगा। अविश्वसनीय रूप से छोटे आकार, उच्च पीढ़ी की गति और एल्गोरिथम की पूर्ण यादृच्छिकता को मिलाकर, वैज्ञानिक एक ऐसा उपकरण बनाने में कामयाब रहे जो वास्तव में किसी भी प्रयास से जानकारी को अवैध रूप से अपने कब्जे में लेने से बचाने में सक्षम है। जल्द ही यह तकनीक अपनी अधिकतम क्षमता तक पहुंच जाएगी और निकट भविष्य में सर्वव्यापी हो जाएगी। केवल समय और परीक्षण "क्षेत्र में" दिखाएगा कि क्या यह लघु चिप उतनी ही अच्छी है जितनी इसके निर्माता कहते हैं।

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