Diseño y construcción de hardware prototipo generador de números aleatorios racionales por decaimiento cuántico

Abstract

Los TRNG (True Random Number Generators) generalmente utilizan una fuente de señal no determinística en conjunto con funciones o procesos para generar la aleatoriedad. El objetivo de la función o proceso es el reducir o cancelar ciertas debilidades de la fuente de entropía tales como la generación de una secuencia no aleatoria de números; por ejemplo, conjuntos largos de bits ('1' o '0'). El origen de la fuente de entropía consiste de algún fenómeno o cantidad física, tales como ruido de un circuito electrónico, tiempo de algún proceso (movimiento de mouse, tecleo, tiempo de decaimiento en una señal radioactiva) o la combinación de diferentes metodologías. Por definición, el TRNG es completamente impredecible debido a que la fuente de entropía es una variable de un fenómeno físico. La mayoría de los RNG de consumo no utilizan decaimiento radioactivo, en cambio miden fenómenos macroscópicos, pero caóticos, por lo general, ruido eléctrico altamente amplificado. El presente trabajo pretende implementar un hardware generador por decaimiento cuántico que no solo genere números aleatorios, sino que mejore la tasa de obtención de bits, aumentando su velocidad de salida mediante el uso de contadores y osciladores de alta frecuencia, al mismo tiempo, utilizar una fuente radioactiva segura, debiendo el dispositivo ser apto para industria y consumo, con bajo costo y tamaño aceptable. Es decir, con una fuente muy reducida y segura de Americio 241 es posible realizar un QRNG que pueda ser utilizado directamente. Es importante remarcar que los TRNG son utilizados para la toma de decisiones críticas; por ejemplo, se aplican en sistemas de seguridad para cifrar claves de acceso en cuentas de banco y en sistemas de paridad (sincronización) para comunicaciones seguras.