به دنبال اعداد تصادفی چرا تاریخ های غیرقابل پیش بینی برای زندگی ما بسیار مهم است؟

در سال 2016، نیویورک تایمز یک گیمر رایانه جوان را مثال زد که روشی را برای تولید یک مولد اعداد تصادفی در Minecraft توسعه داد. این بازیکن نوعی رقابت در دنیای Minecraft برای دوستانش ایجاد کرده بود، اما هدف او طراحی یک تله در فواصل زمانی تصادفی بود تا به شرکت کنندگان فضایی برای اشتباهات بازی بدهد.

او تصمیم گرفت حصارهایی بسازد و گاوهای مجازی به نام قارچ را درون آنها محصور کند. زیرا گاوها به صورت تصادفی حرکت می کنند. هر زمان که قارچ روی آن باشد یکی عبور از صفحات فشاری که بازیکن در محوطه حصارها نصب کرده بود، تله ای را در بازی لانه سازی طراحی شده توسط بازیکن فعال می کرد.

همچنین ورودی های رایج تری برای مولدهای اعداد تصادفی وجود دارد. به عنوان مثال، می‌توانید از حرکت مکان‌نمای ماوس روی صفحه رایانه، تأخیر زمانی بین فشار دادن کلیدهای صفحه‌کلید یا صدای ترافیک در شبکه رایانه استفاده کنید. به گفته استیون مرداک، استاد مهندسی امنیت در دانشگاه کالج لندن: ما مطمئن هستیم که این ویژگی، مخترع مرورگر Tor است که امکان گشت و گذار در اینترنت را از طریق چندین لایه رمزگذاری فراهم می کند.

مرداک استدلال می کند که ما به اندازه کافی در مورد چگونگی تولید صحیح اعداد تصادفی می دانیم. اما بیشتر اوقات ما شواهد کافی برای تضمین غیرقابل پیش بینی بودن یک نتیجه تصادفی نداریم. او می گوید: «چیزی که من دوست دارم بیشتر ببینم، آزمایش و طراحی دقیق است. اما این قسمت سخت است.

محققان روش هایی برای شناسایی مولدهای اعداد غیر تصادفی دارند. برای مثال می توان به تحلیل آماری اشاره کرد; این تجزیه و تحلیل ها برای جستجوی دنباله هایی استفاده می شود که در آن یک عدد بیش از یک عدد خاص تکرار می شود. به عنوان مثال، تعداد زیادی اعداد 3 دیده می شود. البته این معیار کافی نیست. اگر دنباله شما “123123123123123123” باشد چه؟ در این صورت می توان گفت که تعداد سه تایی زیاد است اما این اعداد بیشتر از دو و یک تکرار نمی شوند. با این حال، یک الگوی فوق العاده واضح در دنباله وجود دارد که غیرتصادفی بودن آن را آشکار می کند.

با مجموعه های بسیار بزرگ اعداد، آزمایش های آماری برای اثبات تصادفی بودن بسیار پیچیده می شوند، و با این حال هرگز نمی توانید ثابت کنید که چیزی واقعا تصادفی است. تصادفی بودن این مجموعه بر اساس بهترین تحلیل تصادفی شما قابل تشخیص نیست.

اگر مولدهای اعداد تصادفی به درستی کار نکنند، احتمالاً توسط افراد مخرب مورد سوء استفاده قرار می گیرند. به گزارش Wired، در سال 2017، یک هکر روسی به افرادی که در حال فیلمبرداری از ماشین های بازی در کازینو بودند دسترسی داشت. بر اساس نتایج هر بازی، او توانست عملکرد مولدهای اعداد تصادفی در ماشین ها را پیش بینی کند و در نتیجه میزان پرداخت آنها را مشخص کند.

تقریباً یک دهه پیش، محققان امنیتی در دانشگاه کمبریج، از جمله مرداک، متوجه شدند که کلاهبرداران می توانند با پیش بینی اعداد تصادفی تولید شده در کارت های اعتباری EMV، پول را از مردم بدزدند. این شماره ها برای تایید معامله هنگام خرید کالا در فروشگاه الزامی است. با این حال، مشخص شد که می توان اعداد وارد شده را پیش بینی کرد و در نتیجه کارت اعتباری افراد را بدون نیاز به اجازه وی جعل کرد. چنین کلاهبرداری هایی هنوز هم وجود دارد.

بنابراین، برخی افراد معتقدند که بهترین مولد اعداد تصادفی، مولد اعداد تصادفی کوانتومی است که مبتنی بر اثرات مکانیک کوانتومی است. می توان گفت که این ژنراتورها به معنای واقعی کلمه تصادفی هستند. به عنوان مثال، رفتار عجیب یا آنتروپی ذرات زیراتمی، از جمله زمان فروپاشی یک اتم رادیواکتیو، کاملا غیرقابل پیش بینی است. البته، بحث های زیادی در مورد وجود یا عدم وجود تصادفی واقعی وجود دارد. اما می توانیم چنین بحث هایی را به فیزیکدانان نظری بسپاریم.

به دلایل عملی، فرآیندهایی مانند زمانی که فوتون ها (ذرات ریز نور) به آشکارساز برخورد می کنند، در واقع ماهیت تصادفی دارند و مبنای مناسبی برای تولید اعداد تصادفی در نظر گرفته می شوند. روش دیگر، شمارش تعداد فوتون‌های ساطع شده توسط یک پالس لیزری است که تعداد فرد یا زوج تصادفی فوتون‌ها را در یک مجموعه آزمایشی معین تولید می‌کند. با انجام این کار به صورت متوالی، می توان دنباله ای از بیت های تصادفی تولید کرد و برای تولید تعداد زیادی اعداد تصادفی استفاده کرد.

به گفته جانت زهاریوا، یکی از بنیانگذاران شرکت بریتانیایی Quantum Dice، مولدهای اعداد تصادفی کوانتومی «ذاتاً غیرقابل پیش‌بینی هستند». با این حال، برخی از این سیستم های جدید نیز در معرض خطاهایی هستند که می تواند نتایج را مخدوش کند. به گفته زهاریوا، “شما سیستمی دریافت می کنید که آنتروپی کوانتومی و نویز کلاسیک را ترکیب می کند.”

برخی از مولدهای اعداد تصادفی کوانتومی به دستگاه هایی متکی هستند که می توانند تصادفی بودن آنها را در طول زمان کاهش دهند. به عنوان مثال، هنگامی که یک فوتون به سنسور برخورد می کند، کمی گرم می شود و می تواند آن را کم و بیش نسبت به برخوردهای آینده حساس کند.

به عبارت دیگر، شما یک پدیده کاملا تصادفی دارید، اما تشخیص شما ممکن است به نوعی سوگیری باشد و تصادفی بودن خروجی را کاهش دهد. با پیشرفت فناوری کوانتومی، می‌توانیم در آینده منتظر مولدهای اعداد تصادفی نوآورانه‌تر و مطمئن‌تر باشیم.

در حال حاضر وب سایت random.org همیشه در دسترس است. گاهی اوقات افراد به Madness Har شکایت می کنند که یک توالی اعداد قابل پیش بینی در نتایج سایت وجود دارد. این به این دلیل است که انسان ها در تشخیص تصادفی بودن بسیار بد عمل می کنند. به نظر می رسد ما می توانیم الگوها را در همه چیز ببینیم. هار از وقت گذاشتن برای پاسخ دادن و توضیح دقیق این مفاهیم لذت می برد.

شاید هار در ابتدا قصد نداشت منبعی مانند random.org را راه اندازی کند، اما با گذشت زمان متوجه شد که این دقیقاً همان کاری است که می خواست انجام دهد. شاید یکی یکی از دلایل این موضوع این است که هار اهل دانمارک است. دانمارک یکی این کشور یکی از کم فسادترین کشورهای جهان است. امروزه مردم از وب سایت او برای اهداف عملی مختلف استفاده می کنند.

لازم به ذکر است که هار و همکارانش در random.org مطمئناً می توانند انگیزه نسبتاً قوی برای تغییر نتایج سایت داشته باشند، اما او اصرار دارد که هرگز این کار را انجام ندهند. زیرا با آرمان ها و اهداف آنها در تضاد است. اما در هر حال چنین شبهه ای موجه شمرده می شود; زیرا امکان تغییر نتایج وجود دارد. مهم نیست که یک مولد اعداد تصادفی چقدر عالی است، باز هم باید به شخصی که آن را ایجاد کرده است اعتماد کنید. مو می گوید:

همیشه سطح مشخصی از اعتماد در فرآیند وجود دارد. باید باورش کنی