در جستجوی اعداد اتفاقی؛ چرا داده‌های پیش‌بینی‌ناپذیر برای زندگی ما حیاتی می باشند؟_کویر دانش

در سال ۲۰۱۶، نیویورک تایمز به مثال یک گیمر کامپیوتر جوان اشاره کرد که روشی را برای تشکیل مولد اعداد اتفاقی در ماینکرفت ابداع کرده می بود. این گیمر نوعی مسابقه را برای دوستانش در دنیای ماینکرفت ساخته می بود، اما مقصد او طراحی دامی در بازه‌های اتفاقی می بود تا عرصه را برای خطای شرکت‌کننده‌ها در بازی فراهم کند. او تصمیم گرفت حصارهایی را بسازد و درون آن‌ها گاو‌های مجازی به نام موشروم را محصور کند؛ چون گاوها در یک الگوی اتفاقی حرکت می‌کنند. هر گاه یک موشروم روی یکی از صفحات فشاری که گیمر در زمین حصارها نصب کرده می بود، راه می‌رفت، یک دام در بازی تودرتویی که گیمر طراحی کرده می بود، فعال می‌شد.

ورودی‌های معمولی‌تری نیز برای مولدهای اعداد اتفاقی وجود دارند. برای مثال می‌توان از حرکت اشاره‌گر ماوس روی صفحه‌ی نمایش کامپیوتر، تأخیر وقتی بین فشردن کلیدها روی صفحه کلید یا نویز ترافیک روی شبکه‌ی کامپیوتری هم منفعت گیری کرد. به حرف های‌ی استیون مورداک، استاد مهندسی امنیت از کالج دانشگاه لندن: «یقین هستیم که این قابلیت ایمن است.» مورداک سازنده‌ی مرورگر تور است که مرور امن اینترنت را از طریق لایه‌های متعدد رمزنگاری مقدور می‌کند.

مورداک استدلال می‌کند که ما به اندازه‌ی کافی درمورد‌ی تشکیل اعداد اتفاقی به روش مناسب شناخت داریم؛ اما زیاد تر اوقات اثبات کافی برای ضمانت پیش‌بینی‌ناپذیر بودن نتیجه‌ی اتفاقی را دراختیار نداریم. او می‌گوید: «چیزی که دوست دارم زیاد تر ببینم، تست و طراحی دقیق است.» اما این قسمت دشوار کار محسوب می‌بشود.

پژوهشگرها راه حلهایی را برای شناسایی مولدهای اعداد غیرتصادفی دارند. برای مثال می‌توان به تحلیل‌های آماری اشاره کرد؛ این تحلیل‌ها به جستجوی توالی‌هایی تعلق دارند که در آن‌ها یک عدد زیاد تر از یک مقدار اشکار تکرار می‌بشود. برای مثال تعداد بسیاری عدد ۳ دیده خواهد شد. یقیناً این معیار باز هم کافی نیست. اگر توالی شما «۱۲۳۱۲۳۱۲۳۱۲۳۱۲۳۱۲۳» باشد چه می‌توان او گفت؟ در این صورت می‌توان او گفت تعداد بسیاری عدد سه داریم، اما این اعداد زیاد تر از دو و یک تکرار نشده‌اند. با این‌حال یک الگوی بسیار آشکار برای دنباله وجود دارد که غیرتصادفی‌بودن آن را افشا می‌کند.

برای مجموعه‌های عددی زیاد بزرگ، آزمایش‌های آماری برای اثبات اتفاقی‌بودن زیاد پیچیده خواهد شد و بااین‌حال هیچ زمان نمی‌توانید ثابت کنید که چیزی واقعا اتفاقی است. فقط اتفاقی‌بودن آن مجموعه بر پایه بهترین تحلیل شما از اتفاقی‌بودن، شناسایی‌پذیر نیست.

هنگامی مولدهای اعداد اتفاقی کار خود را به درستی انجام ندهند، می‌توان انتظار داشت افراد خرابکار از آن‌ها سوء‌منفعت گیری کنند. به نقل از وایرد در سال ۲۰۱۷، یک هکر روسی به افرادی دسترسی داشت که از فعالیت ماشین‌های سکه‌ای در کازینوها فیلم‌برداری می‌کردند. بر پایه نتایج هر بازی او قادر می بود کارکرد مولدهای عدد اتفاقی داخل ماشین‌ها را پیش‌بینی کند و به این علت مقدار پرداختی آن‌ها را به دست بیاورد.

 تقریبا یک دهه پیش، پژوهشگرهای امنیت در دانشگاه کمبریج از جمله مورداک فهمید شدند که کلاه‌بردارها می‌توانند با پیش‌بینی اعداد اتفاقی تولیدشده درون کارت‌های اعتباری EMV از مردم پول سرقت کنند. این چنین اعدادی برای تصدیق تراکنش زمان خرید کالا در فروشگاه الزامی می باشند؛ اما اشکار شد که می‌توان اعداد ورودی را پیش‌بینی کرد و به این ترتیب کارت اعتباری یک شخص را بدون نیاز به اجازه‌ی او جعل کرد. این چنین کلاه‌برداری‌هایی امروز هم در جریان می باشند.

در نتیجه برخی افراد اعتقاد دارند که بهترین مولد عدد اتفاقی، از نوع مولد عدد اتفاقی کوانتومی است که بر اثرات مکانیک کوانتوم اتکا دارد. می‌توانیم بگوییم این مولدها به معنی واقعی کلمه اتفاقی می باشند. برای مثال، حرکت شگفت یا آنتروپی ذرات زیراتمی، ازجمله زمان واپاشی یک اتم رادیواکتیو به طور کامل پیش‌بینی‌ناپذیر است. یقیناً او گفت و گو‌های بسیاری نقل می‌بشود که آیا اتفاقی‌بودن واقعی اصلا وجود دارد یا خیر؛ اما می‌توانیم این چنین او گفت و گو‌هایی را به فیزیکدان‌های نظری بسپاریم.

برای اهداف کاربردی، فرآیندهایی همانند زمان‌بندی فوتون‌ها (ذرات کوچک نور) که به آشکارساز برخورد می‌کنند، ماهیت اتفاقی واقعی دارند و به‌گفتن مبنایی مناسب برای تشکیل اعداد اتفاقی درنظر گرفته خواهد شد. روش دیگر، شمارش تعداد فوتون‌های انتشار‌شده توسط یک پالس لیزری است که در یک تنظیمات آزمایشی خاص علتتولید یک عدد فرد یا زوج اتفاقی از فوتون‌ها می‌بشود. با انجام متوالی این کار می‌توان رشته‌ای از بیت‌های اتفاقی را تشکیل و از آن‌ها برای تشکیل تعداد بسیاری عدد اتفاقی منفعت گیری کرد.

به حرف های‌ی ژانت زاهاریوا، هم‌بنیان‌گذار شرکت بریتانیایی کوانتوم دایس، مولدهای کوانتومی عدد اتفاقی «ذاتا پیش‌بینی‌ناپذیر» می باشند. با این‌حال حتی برخی از این سیستم‌های تازه در معرض خطاهایی قرار دارند که می‌توانند علتسوگیری در نتایج شوند. به حرف های‌ی زاهاریوا: «آنچه به دست می‌آورید سیستمی ترکیبی از آنتروپی کوانتومی و نویز کلاسیک است.»

برخی مولدهای عدد اتفاقی کوانتومی به تجهیزاتی وابسته می باشند که می‌توانند به مرور زمان از ماهیت اتفاقی آن‌ها بکاهند. برای مثال اگر یک فوتون به حسگر برخورد کند، اندکی گرم می‌بشود و می‌تواند آن را کمابیش به برخوردهای آینده حساس کند.

به گفتن دیگر یک اتفاق‌ی کاملا اتفاقی دارید، اما امکان پذیر آشکارسازی شما به طوری دچار سوگیری بشود و از ماهیت اتفاقی خروجی آن بکاهد. با پیشرفت فناوری کوانتومی می‌توان انتظار داشت که مولدهای عدد اتفاقی نوآورانه‌تر و امن‌تری را در آینده مشاهده کنیم.

در شرایط جاری، همیشه وب‌سایت random.org در دسترس است. بعضی اوقات اوقات افراد برای مادز هار درمورد‌ی مشاهده‌شان از یک توالی پیش‌بینی‌پذیر از اعداد در نتایج سایت شکایت می‌کنند. این قضیه به این علت رخ می‌دهد که انسان‌ها در تشخیص ماهیت اتفاقی زیاد بد عمل می‌کنند. به نظر می‌رسد که می‌توانیم الگوهایی را در همه چیز ببینیم. هار از زمان‌گذاشتن و جواب دادن و توضیح دادن این مفاهیم با جزئیات بالا لذت می‌برد.

هار احتمالا در ابتدا تصمیم نداشت منبعی همانند random.org را راه‌اندازی کند، اما به‌مرورزمان فهمید شد این همان کاری است که می‌خواست انجامش دهد. احتمالا یکی از دلایل این قضیه این باشد که هار اهل دانمارک است. دانمارک یکی از کشورهایی است که کمترین فساد را در سطح جهان دارد. امروزه افراد از وب‌سایت او برای اهداف کاربردی گوناگون منفعت گیری می‌کنند.

باید اشاره کرد که قطعا هار و همکارانش در random.org می‌توانند انگیزه‌ی نسبتا بسیاری برای تحول نتایج وب‌سایت داشته باشند، بااین‌حال او پافشاری دارد که آن‌ها هیچ زمان این کار را نمی‌کنند؛ چرا که برخلاف آرمان‌ها و اهدافشان است؛ اما به هر حال این چنین تردیدی منصفانه محسوب می‌بشود؛ چون امکان اعمال تحول در نتایج وجود دارد. صرف‌نظر از این که مولد عدد اتفاقی چه مقدار عالی باشد، باید باز هم به شخصی که آن را راه‌اندازی کرده است، مطمعن کنید. هار می‌گوید:

همیشه مقداری مطمعن در فرآیند ملزوم است. شما باید به آن باور داشته باشید.