Mühendislik ve Teknoloji

Bilgisayar İle Rastgele Sayı Üretmede Yeni Gelişmeler Var!

Hızlı ve etkili bir şekilde rastgele sayı üretebilmek uzun süredir söz konusu olan bir problem. Yüzyıllardır birçok şans oyunu; zar veya yazı-tura atışları veya kullanılan kartların karıştırılması gibi yöntemler kullanarak rastgele sayıları elde etmeye çalıştık. 20. yüzyılın ikinci yarısından itibaren ise bilgisayarlar; kriptografi, istatistik ve yapay zeka uygulamalarında ve birçok simülasyonda rastgeleliği sağlama görevini üstlenmeye başladı.

Bir bilgisayardan rastgele bir sayı seçmesini istediğinizde, muhtemelen işe yaraması şüpheli bir yanıt alacaksınızdır. Yani bilgisayarlar genellikle gerçekten rasgele sayılar üretmede başarısız olur. Bunun yerine birçok bilgisayar uygulaması, rasgele görünen fakat olmayan sahte rasgele sayılara güvenir. Bunlar, bir algoritmaya dayalı olarak tekrarlanabilir bir şekilde üretilir. 

Ancak 2016 yılında bu konuda bir ilerleme yaşanmıştı. Austin’deki Texas Üniversitesi’nden Bilgisayar Bilimciler Eshan Chattopadhyay ve David Zuckerman, bir rastgelelik çıkarıcıyı tanıtmışlardı. Bu sayede de makineler gerçekten rastgele sayı üretir hale geldi.

Rastgele Sayı Üretmek Neden Önemlidir?

Bilgisayarlar için rastgele sayılar, hassas bilgileri şifrelemek, Dünya’nın iklimi gibi karmaşık sistemleri modellemek ve verilerden tarafsız örnekler seçmek için gerekli olan değerli bir kaynaktır. En önemlisi rastgele sayılar, kredi kartı numaraları ve banka hesap bilgileri gibi özel verileri karıştıran ve onları meraklı gözlerden koruyan şifreleme anahtarları üretmek için kullanacaktır.

Ancak şifreleme için kullanılan sayılar tahmin edilebilirse, bir bilgisayar korsanı kodu kıracaktır. Zuckerman, “Bilgisayar korsanlarının sistemlere girmesinin yaygın bir yolu, insanların yüksek kaliteli rastgelelik kullanmadığı gerçeğinden yararlanmaktır.” diyor.

Bilgisayar bilimcileri, bu sorunu çözmek için, fare veya klavyeden gelen girdileri kullanarak bilgi toplamanın yollarını tasarladılar. Bir bilgisayar, farenin koordinatlarını zaman içinde birkaç noktada örnekler ve bu değerleri bir sayı dizisine dönüştürür. Ama bu durum yine de gerçekten rasgele olmaktan uzaktır. Fare bir an ekranın solundaysa, bir sonraki anda tamamen sağda olması daha az olasıdır. Sonuç olarak bu da onları yalnızca zayıf bir şekilde rastgele hale getirir.

Artık yeni bir teknikle gerçek rasgele sayılar üretebiliriz.

Rasgelelik çıkarıcılar, gerçekten rasgele bir sayı oluşturmak için bu zayıf kaynaklardan rasgeleliği bulur ve ayıklar. Moshkovitz, “Rasgelelik bir kaynaktır. Tıpkı çıkardığınız altın gibidir. Sahip olduğun kaynakları alıyorsun ve sadece altınlarını onlardan arındırıyorsun.” demektedir. Yeni zayıf rasgele sayıların iki bağımsız kaynağını, yalnızca küçük sapmalarla, neredeyse rastgele olan tek bir kümede birleştirir. Daha sonra araştırmacılar, sayı dizisini gerçekten rastgele bir bit olan 1 veya 0’a dönüştürmek için bilgileri birleştirme yöntemi diye bilinen “esnek bir işlev” kullanırlar.

Bilgisayarlar için rasgele sayılar üretmek, basit bir zarın yuvarlanmasından daha karmaşıktır. Bilgisayar bilimcileri, bilgisayarların çevrelerinden rasgelelik toplaması için daha kolay bir yol tasarladı.

Esnek işlevler, bilgileri belirli bir miktarda yanlılığa dayalı bir şekilde bir araya getirir. Örneğin, bir seçimde, bazı kötü niyetli seçmenler, seçimleri tek bir yöne çekmek için bir araya geldi diyelim. Esnek bir işlev, dürüst seçmenleri koruyacaktır. Çoğunluk oyu almak yerine, seçim yetkilileri seçmenleri üçerli gruplara ayırır. Sonrasında her grubun çoğunluğunu alır. Ardından bu sonuçları üçlü olarak gruplar ve çoğunluğu alır. Bu yöntem, seçimin daha güvenilir olmasını sağlar. Şimdi rasgele sayı üretiminde yeni bir gelişmeye daha göz atalım.

Lazer Tabanlı Yeni Bir Rasgele Sayı Üreteci

Normal standartlara göre, yeni bir lazerin tasarımı neredeyse işe yaramaz bir şeydir. Lazer, net sabit bir ışın üretmez. Ancak fizikçilerden oluşan bir ekip için lazerin dağınık çıktısı en büyük varlığıdır. Araştırmacılar, 26 Şubat 2021 tarihinde  Science dergisinde yer alan makaleye göre, lazer ışığındaki kaotik dalgalanmaların, saniyede 254 trilyon rastgele basamağa çevrilebileceğini gösterdi. Bu sonuç lazerle çalışan diğer rastgele sayı üreteçlerinden 100 kat daha hızlı.

Yeni bir lazer, aynı anda birden fazla zar atmaya benzer şekilde, aynı anda birçok rasgele sayı dizisi üretebilir. Bu tür ultra hızlı rasgele sayı üreteçleri, bir gün çevrimiçi iletişimin güvenliğini sağlamaya veya karmaşık bilgisayar simülasyonlarına güç sağlamaya yardımcı olabilir.

Lazer Yöntemiyle Sayı Üretmek

Lazerler, ışığın frekansında zamanla oluşan ve doğal olarak meydana gelen küçük dalgalanmalar sayesinde rasgele sayı dizileri üretiyor.  Ancak rastgele sayılar üretmek için bir lazer ışını kullanmak, kolay bir süreç değildir. Yale Üniversitesi’nden Fizikçi Hui Cao ve meslektaşları, tek bir lazerden aynı anda birçok rasgele basamak dizisi oluşturmak için yeni bir tasarım geliştirdiler.

Yeni buluş, yalnızca bir milimetre uzunluğunda, kum saati şeklindeki bir boşluğun her iki ucuna konmuş aynalar arasında ışığı yansıtan küçük bir lazer kullanıyor. Bu düzensiz şekil, çeşitli frekanslardaki ışık dalgalarının lazerden sekerek birbiri ile örtüşmesine izin verir. Sonuç olarak, lazer bir yüzeye yansıtıldığında rastgele parlayan ve kararan küçük iğne deliği desenler oluşacaktır. Zaman içinde desendeki her noktadaki parlaklık, bir bilgisayar tarafından rasgele bir birler ve sıfırlar dizisine çevriliyor. Bu sayede saniyede 250 terabayt rastgele bit elde ediliyor. Aslında süreç o kadar hızlıydı ki arkasındaki ekip, yüksek hızlı bir kamera ile çıktısını kaydetmekte zorlandı. 

Ekip, lazeri kompakt bir çipte birleştirerek onu pratik kullanıma hazır hale getirmeyi hedefliyor. Görüldüğü gibi son hızla gelişen teknoloji dünyasında kendimizi korumak için böylesi önemli atılımlara ihtiyacımız var!


Kaynaklar ve ileri okumalar:

Matematiksel

Olgun Duran

Ömür boyu öğrencilik felsefesini benimsemiş amatör tiyatro oyuncusu ve TEGV gönüllüsü; kitaplarından, doğaya hayranlığından, yeni yerleri görmekten, gittiği yerlerin kültürünü keşfetmekten ve bunların uğruna çabalamaktan vazgeç(e)meyen kişi...  
Başa dön tuşu