中国科学家做出真正随机数生成器，每秒1千万位信息安全妥了

互联网时代，只要你使用计算机，就有可能被卷入一场激烈的网络战。

不久前，国家互联网应急中心监测发现，2月下旬以来，我国互联网持续遭受境外网络攻击。境外组织通过攻击、控制我国境内的计算机，进而对俄罗斯、乌克兰、白俄罗斯进行网络攻击。分析发现，这些境外组织的攻击地址，主要来自美国。

怎么才能不被有心人“当枪使”？尤其是一些核心机构，该怎么维护自身安全？这就要向“密码学”寻求答案了。

著名密码学家、中国科学院院士王小云，两会期间曾表示：没有先进的密码体系的支撑，就无法建立安全可靠的数字信息系统，云计算和大数据的安全都无从保障。

而对更多普通网民来说，最直观的理解可能是：密码随机程度越高、组合越复杂，被破译的几率就越小。

最近，一名中国科学家就成功做出了一种随机数生成器，每秒可以生成多达1000万位的随机数。他就是目前在美国布朗大学物理系从事博士后工作的王康。

王康

你看到的随机数，可能不是真随机

随机数最大的特点是：后面的数和前面的数毫无关系。没有关系，就无规律可言。

摸不到踪迹、猜不到规律，用它做密码，破解难度高，就代表着一定意义上的安全。

但反过来，想设置一组随机数，同样不是一件容易的事。

有人会问，计算机不是可以自动生成随机数吗？

的确，通过简单的程序，计算机的确可以根据设定，快捷地生成一组随机数。但这种“随机数”，并不是真随机。

“在线随机数生成器”截图

以现在的技术，计算机的确可以模拟随机数。但计算机生成随机数的过程靠的是算法。

一个“随机数生成器”，它所采用的算法是固定的。有心人只要获取相关算法的信息，就能在生成的数字里找到规律，破解密码。

这种“随机数”，最多就是满足一下普通人的日常需求。如果真有什么核心机密怕被截获，用它一点都不安全。

学界一直在寻找“产生真正随机数”的方法。

但什么才是真正的随机数？

科学家会告诉你：来自于自然界、自然发生的。比如，流经电阻器电流随机波动产生的数字，就属于真正的随机数。

这一次，王康和团队做出的斯格明子真随机数生成器，其核心，就是粒子物理中的概念——斯格明子。

磁性斯格明子

斯格明子的概念，最早是由英国物理学家托尼·斯凯尔姆提出的。他发现，这种粒子具有微型磁场，并且环绕着原子结构。而在其内部的旋转电子则指向不同的方向，使彼此接近的时候很难沾在一起。

也是因为这种特性，斯格明子具有较高的稳定性，同时还能被很低的电流驱动，后来一直被用于磁性材料领域，可以作为数据储存、逻辑计算以及神经网络计算机部件的有效载体。

不过，上述这些有关斯格明子的研究和电学表征，大部分还是限于静态表征。很少有人去关注磁性斯格明子对各种扰动的动态响应。这也是王康把它作为研究目标的主要原因之一。

斯格明子内部结构示意图

王康和团队成员首先对磁性斯格明子在自旋流和热扰动下所产生的电学噪声进行测量。

这一步，主要依据的是磁性材料在自旋流和热扰动下会引起一种钉扎效应。

通俗点来说，钉扎效应的存在，相当于给实验中的磁性斯格明子用了一招“定身术”，把它固定在适当的位置。一个斯格明子一旦被固定，它被“钉住”的部分就会被牢牢地锁在一个钉扎中心上，而其余部分则会围绕着这个中心来回跳远，或近或远，从而产生随机的电报噪声。真正的随机数，就从这儿诞生。

随后，王康又对单个磁性斯格明子的局域波动行为做了更详细的测量。

比如，数码产生的随机性、外加垂直磁场和电流对其的影响等等。

他们根据后续的数据，优化了钉扎中心的分布，最后才做出了基于单个磁性斯格明子的真正随机数码生成器，每秒可以产生多达1000万个随机数。

当然，一个完美、可应用的随机数码生成器，不止要看能不能产生随机数，还得看能不能满足低能耗、高速度这两个特点。

王康计划，后续会进一步对单个磁性斯格明子的局部行为，以及多个磁性斯格明子耦合中存在的一些物理问题进行研究，完善相关功能。并把最终版的真正随机数生成器放到小盒子或者小芯片中，这样就可以把它放到我们任何需要随机数的地方。

据了解，王康目前已经有回国发展的计划。

回国后，他将继续从事相关的科研工作。

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