JavaScript is currently disabled.Please enable it for a better experience of Jumi.
 ETN.fi  Annonsera Utgivningsplan Månadsmagasinet Prenumerera Konsultguide Om oss  About / Advertise
söndag 15 december 2019 VECKA 50

Nokia N9Så skapade forskare slumptal med mobilkamera

En perfekt sekvens slumptal strömmade i högt tempo ur Nokia N9-kameran när fysiker i Geneve belyste den med en diod. Tekniken skulle kunna adderas till mobiltelefoner idag. Men kommentatorer är skeptiska till värdet av tekniken.
NYTTAN IFRÅGASÄTTS
Forskarnas artikel har kritiserats för att den ger en lösning på ett problem som inte finns. Annan teknik som genererar slumptal via hårdvara finns redan i bruk och är billig och bra.

Det finns heller inget behov av stora volymer slumptal. Slumptalssekvenser genereras via algoritmer som endast behöver ett slumptal som startvärde. Sådana metoder ger större kontroll över proceduren och därmed större säkerhet: om man vet att startvärdet är slumpmässigt så går det att bevisa att hela sekvensen också är det.

Det som fysikerna möjligen bidrar med är ett nytt sätt att skapa ett sådant startvärde.

En kryptoexpert vill i så fall ändå gärna blanda kameraslumpen med andra slumpkällor för att skapa startvärdet. En angripare skulle då behöva kompromettera samtliga slumpkällor för att knäcka krypteringen.

Om man bara använder kamerans signal som slumpgenerator, skulle det räcka för angriparen att kompromettera kameran.
Dagens mobilkameror har så hög känslighet att de kan detektera enstaka fotoner. Förekomsten av fotoner styrs i sin tur av kvanteffekter som är omöjliga att förutspå. Forskare i Geneve har nu visat hur detta kan utnyttjas för att generera  en miljon slumpmässiga ettor och nollor i sekunden enbart med hjälp av mobilkameran och den beräkningskapacitet finns i mobilen.

Krypteringssystem kan knäckas om den slumptalsgenerator som de använder inte är bra, det vill säga om det finns ett mönster i hur slumptalen uppträder. Därför används ofta speciella kretsar för att skapa slump ur exempelvis brus, hysteres, tidsjitter eller metastbilitet.

Komponenter som utnyttjar kvanteffekter för att skapa slump kallas QRNG (quantum random number generator). Forskarna i Geneve har demonstrerat att en vanlig mobiltelefonkamera är en QRNG-komponent som utan problem kan generera stora volymer slumptal.

De testade idén på en Nokia N9-kamera. Varje pixel i den bär potentiellt på cirka 6,4 bitar slump. Men om man använde dessa värden direkt skulle dammkorn, döda pixlar och andra korrelationer kunna sabotera metoden. Istället bakar man samman värdena i en algoritm som minskar antalet bitar i utbyte mot att eventuella fel smetas ut och att slumpmässigheten blir högre.

100 miljoner slumpmässiga ettor och nollor i sekunden kan genereras om man använder mobilprocessorns cpu för den efterbearbetning som krävs. Genom att addera lite extra hårdvara exempelvis direkt i CMOS-sensorchipet skulle man kunna plocka cirka tre slumpmässiga bitar ur varje bildpunkt, motsvarande mellan 300 miljoner och tre miljarder slumpbitar per sekund beroende på kamerans upplösning.

Forskarna inledde med att bekräfta att kameran uppfyllde sin specifikation vad gäller ljuskänslighet och linjäritetsområde. De valde slutartid och exponeringstid för att tillse att det verkligen är fotoner som skapar variationen – och inte exempelvis termiskt brus, läckströmmar eller onoggrannhet i AD-omvandlare eller förstärkare.

Den genererade sekvensen slumptal godkändes i alla de tester på slumpmässighet som forskarna utsatte den för.

Om alla människor på jorden använde Nokia N9-slumpgeneratorn för att skapa varsin ström av slumptal på 1 Gbit/s så skulle det dröja 1080 gånger universums livslängd innan skillnaden mellan de N9-genererade slumptalen och en helt perfekt ström av slumptal skulle vara mätbar. Det har forskarna räknat ut. Det demonstrerar kvaliteten på de slumptal metoden teoretiskt genererar.

Forskarna är inte först med att generera slumpdata ur bildsensorer, men de anser sig ha fått upp en högre kvalitet på slumpmässigheten och en mycket högre kvantitet av slumptal än tidigare metoder.

I experimentet deltog också en professionell kamera av hög kvalitet. Den kunde generera lite fler slumpbitar: 8,9 per pixel att jämföra med N9:ans 6,4.
MER LÄSNING:
 
Branschens egen tidning
För dig i branschen kostar det inget att prenumerera på vårt snygga pappers­magasin.

Klicka här!
SENASTE KOMMENTARER
Kommentarer via Disqus

Vi gör Elektroniktidningen

Anne-Charlotte Sparrvik

Anne-Charlotte
Sparrvik

+46(0)734-171099 ac@etn.se
(sälj och marknads­föring)
Per Henricsson

Per
Henricsson
+46(0)734-171303 per@etn.se
(redaktion)

Anna Wennberg

Anna
Wennberg
+46(0)734-171311 anna@etn.se
(redaktion)

Jan Tångring

Jan
Tångring
+46(0)734-171309 jan@etn.se
(redaktion)