Los números aleatorios que guían nuestras vidas y la búsqueda por encontrarlos

Nuestro mundo funciona con números generados al azar.

Sin ellos, gran parte de la vida moderna se derrumbaría.

Pero estos números no son fáciles de encontrar.

Viajemos unos años atrás. Un grupo de amigos se esfuerzan para explicar a un comerciante lo que buscan: una radio con mucho ruido estático, ese que se produce cuando giras el dial entre una emisora y otra. El vendedor no sabía bien qué pensar.

“Creo que pensó que estábamos bastante locos”, recuerda Mads Haahr.

Era 1997, y la escena se produce en una tienda de Radio Shack en Berkeley, California. La mayoría de las radios en venta tenían filtros de ruido que eliminaban ese ruido crucial que buscaban.

Tras un poco de persuasión, el vendedor accedió a dejar que Haahr y sus amigos escucharan uno de los dispositivos más baratos que tenía en la parte trasera de la tienda.

Cuando colocaron un par de pilas en la pequeña radio gris de US$10, estalló ese ruido molesto. “Estábamos saltando de alegría”, dice Haahr. Creían que esa pequeña radio iba a hacerlos ricos.

Haahr y tres de sus amigos habían estado trabajando en software de apuestas: máquinas tragamonedas digitales y juegos de “blackjack” que querían poner en línea. En aquel entonces, los casinos en internet apenas comenzaban a despegar.

Haahr sabía que necesitarían poder generar números aleatorios de manera confiable para su negocio. Flujos interminables de dígitos que determinarían qué combinaciones aparecían cuando el jugador tirara de la palanca virtual, o qué cartas se repartían en un juego de póker en línea.

Si estas cosas no eran aleatorias, el casino digital no sería justo y los jugadores podrían incluso intentar ganarle al sistema buscando patrones predecibles en los juegos.

Así que los cuatro amigos estaban buscando una fuente de aleatoriedad confiable. Algo que, por definición, no pudiera estar sesgado. El ruido de una radio analógica barata podía aportarlo.

El ruido emitido por un dispositivo de este tipo es en realidad una señal desordenada moldeada por la actividad electromagnética y los rayos en la atmósfera de la Tierra. Eso es lo que genera la explosión de estática impredecible.

Haahr había planeado que una computadora escuchara todo ese desorden, convirtiera los altibajos en unos y ceros, y luego usara eso para producir cadenas de números aleatorios, como 4107567387. Eso podría servir, por ejemplo, para determinar que la próxima carta a repartir en tu juego de póker en línea sea un seis de espadas.

Un fracaso que terminó en éxito

Hay algunas cosas que las computadoras, a pesar de todas sus habilidades, no hacen bien, y una de ellas es la aleatoriedad.

Las computadoras escupen datos todo el tiempo, ¿por qué no números aleatorios?

El problema es que las computadoras dependen de mecanismos internos que, en algún nivel, son predecibles, lo que significa que los resultados de los algoritmos informáticos al cabo de un tiempo se vuelven predecibles también, lo contrario de lo que buscas al administrar un casino.

El mismo problema puede causar dolores de cabeza a los criptógrafos. Cuando encriptas información, quieres que las claves del código sean lo más aleatorias posible, para que nadie pueda averiguar cómo alteraste el texto original, ya que eso podría permitirles leer el mensaje secreto.

La gente ha buscado durante mucho tiempo fuentes externas de aleatoriedad como base para los generadores de números aleatorios.

En esta búsqueda de la verdadera aleatoriedad se ha mirado prácticamente en todas partes en busca de fenómenos caóticos impredecibles y no manipulables. Han escuchado el estruendo de las tormentas eléctricas, capturado imágenes de gotas de lluvia sobre el vidrio y jugado con las partículas más diminutas del universo conocido. Pero la búsqueda está lejos de terminar.

Al final, la pequeña radio gris no hizo ricos a Haahr y sus amigos . El negocio de los juegos en línea estaba demasiado en sus inicios entonces para que los jóvenes emprendedores pudieran sacar provecho de él.

Pero llegaron a la conclusión de que el generador de números aleatorios que construyeron era útil. Así que Haahr lo hizo público en random.org, un visitado sitio que genera números aleatorios.

“Uno que puedo mencionar es la Oficina del Alcalde de San Francisco”, dice Haahr.

“Usan nuestro servicio para seleccionar a los que obtendrán viviendas asequibles”, explica.

Otros usuarios son administradores de loterías locales. Eligen los números ganadores cada semana en el sitio web de Haahr.

Incluso hay científicos que han utilizado el generador de números en línea para numerar a los participantes en experimentos. Las empresas de marketing que regalan premios a los consumidores también han seleccionado a sus ganadores con la ayuda de random.org.

Algunas empresas lo usan para seleccionar al azar a los empleados que deberán pasar un test de drogas.

El sitio también tiene una función para elegir una contraseña aleatoria. Y sí, algunos servicios de juego en línea también dependen de random.org.

Un hombre contó que recurrió a él para ayudarlo a elegir qué discos de su colección poner en su auto cada semana.

Todos estos resultados, incluidos, en algunos casos, los desenlaces de sorteos o procesos de selección, se derivan de la actividad atmosférica captada por un grupo de receptores de radio.

Haahr confiesa que la radio original de US$10 se ha perdido hace mucho tiempo. A lo largo de los años, él y sus colegas instalaron equipos más avanzados para obtener ruido atmosférico de alta calidad y, actualmente, el sitio depende de nueve grandes receptores en diferentes ubicaciones geográficas.

Si nunca participas en la lotería o no tienes intención de participar en un ensayo clínico, podrías pensar que los números aleatorios no son realmente importantes para ti. Pero estarías equivocado.

Cada vez que eliges una nueva contraseña, incluso una que piensas tú mismo, una computadora añade otro fragmento de datos. Esto encripta la contraseña para su almacenamiento, lo que significa que, si alguien hackea y roba tu contraseña, no puede desencriptarla fácilmente y usarla para acceder a tu cuenta. Ese fragmento de datos añadido a la contraseña se llama “salt” (sal) y se deriva de un número aleatorio.

“Los estamos usando todos los días sin realmente saberlo”, dice Alan Woodward, experto en seguridad informática de la Universidad de Surrey (Reino Unido).

Los números aleatorios son esenciales para asegurar la información, señala, ya que se utilizan cada vez que una computadora cifra datos para que parezcan un galimatías indescifrable a ojos de cualquier observador casual.

Cuando visitas un sitio web que comienza con “https://”, por ejemplo, estás pidiendo a tu computadora y al servidor que aloja el sitio web que, entre otras cosas, generen algunos números aleatorios, los intercambien y luego los usen para cifrar los datos enviados de un lado a otro mientras cargas el sitio web y lo utilizas.

Lo anterior es una simplificación enorme del intercambio que tiene lugar en solo unos milisegundos.

Cuando datos sensibles vuelan por las redes informáticas, especialmente aquellas accesibles para el público, es esencial asegurar esa información.

En busca del santo grial

Cloudflare, una empresa tecnológica que proporciona servicios de seguridad en la nube, utiliza muchos números aleatorios en sus centros de datos.

La empresa ha buscado algunas formas llamativas de generar aleatoriedad, incluida una colección de lámparas de lava.

“Casi comenzó como una broma y luego dijimos: ‘Espera un minuto, podríamos hacer eso’”, dice John Graham-Cumming, su director de Tecnología.

En la oficina de Cloudflare en San Francisco, una cámara en el techo apunta hacia una pared de coloridas lámparas de lava.

“El movimiento de esa cosa viscosa, aceitosa y cerosa de dentro de las lámparas no es predecible”, explica Graham-Cumming.

Eso significa que la cámara puede tomar fotos de las burbujas que luego se convierten en una serie de números, más o menos basados en la forma y posición de las burbujas.

Esta idea, demostrada por primera vez por una empresa llamada Silicon Graphics a finales de los años 90, es uno de los múltiples métodos que Cloudflare tiene para generar números aleatorios y asegurar la información.

La lista de cosas a las que las personas han recurrido en la búsqueda de números aleatorios es deliciosamente extraña.

Un ingeniero de software se dio cuenta al salir a caminar en un día lluvioso que las gotas de lluvia que caían sobre sus gafas podrían proporcionar una fuente adecuada de aleatoriedad, por lo que simuló los patrones mediante un pequeño fragmento de código como experimento.

Otra persona intentó capturar la actividad de las burbujas en su acuario como base para la generación de números aleatorios.

Otro enfoque se basaba en el comportamiento impredecible de un gatito, cuyos movimientos habían sido capturados en una webcam.

Un grupo de investigadores incluso buscó aleatoriedad en las secuencias genéticas contenidas dentro de las moléculas de ADN en todos los seres vivos.

Luego están los numerosos esfuerzos que implican detectar los clics de la desintegración radiactiva, recogidos con contadores Geiger, por ejemplo.

No se puede predecir exactamente cuándo un átomo se desintegrará y liberará partículas subatómicas que activarán el contador Geiger, lo que permite considerarlo una buena fuente de aleatoriedad.

Incluso hay un proyecto que empleó un plátano para hacer un generador de números, ya que se sabe que esta fruta es ligeramente radiactiva.

En 2016, el “New York Times” mencionó el ejemplo de un joven jugador de computadora que encontró una forma de hacer una especie de generador de números aleatorios en Minecraft.

El jugador había construido una especie de torneo para sus amigos dentro del mundo de Minecraft, pero quería poder activar una trampa en intervalos aleatorios para tratar de atrapar a los concursantes en el juego. Así que construyó recintos y dentro de ellos esclavizar vacas virtuales que caminan en un patrón aleatorio.

Cada vez que una de ellas pisaba una de las placas de presión que el jugador había instalado en el suelo de sus recintos, eso activaba una trampa en el juego dentro del juego que había diseñado. Una solución “ingeniosa”, según el diario.

También hay formas más mundanas de alimentar a los generadores de números aleatorios. Es posible utilizar el movimiento del cursor del ratón en una pantalla de computadora, el retraso de tiempo entre las pulsaciones de teclas en un teclado o el ruido del tráfico en una red informática, por ejemplo.

“Estamos bastante seguros de que eso es seguro”, dice Steven Murdoch, profesor de ingeniería de seguridad en el University College de Londres, refiriéndose a este último.

Murdoch es el creador del navegador Tor, que permite la navegación segura por Internet a través de múltiples capas de cifrado.

Murdoch sostiene que sabemos lo suficiente como para generar números suficientemente aleatorios, pero que a menudo no hay suficiente verificación para garantizar que un resultado supuestamente aleatorio realmente sea impredecible.

“Lo que me gustaría ver más es un diseño y pruebas cuidadosos”, dice.

Pero esa es la parte realmente complicada.

“No puedes saber si algo es aleatorio; solo puedes descubrir si no lo es”, explica Darren Hurley-Smith, profesor de seguridad de la información en la Universidad de Londres.

Los investigadores tienen formas de identificar generadores de números no aleatorios, como los análisis estadísticos que buscan secuencias donde un número aparece más de lo que debería si la secuencia fuera verdaderamente aleatoria; demasiados treses, por ejemplo.

Sin embargo, esto no es suficiente. ¿Qué pasa si tu secuencia es “123123123123123″? En ese caso, señala Hurley-Smith, tienes muchos números tres, pero no están más representados que el uno o el dos. Sin embargo, hay un patrón super obvio en la secuencia, una estructura subyacente que la delata como no aleatoria.

Para conjuntos de números realmente grandes, las pruebas estadísticas de aleatoriedad se vuelven muy complicadas y, aun así, nunca se puede probar que algo sea verdaderamente aleatorio, solo que es indistinguible de la aleatoriedad, basado en tu mejor análisis.

Garantía de seguridad

Cuando los generadores de números aleatorios no hacen bien su trabajo, es de esperar que personas malintencionadas intenten explotarlos.

En 2017, Wired informó sobre el caso de un hacker ruso que supuestamente hizo que personas filmaran la actividad de las máquinas tragamonedas en los casinos.

Basándose en los resultados de cada jugada, pudo predecir el funcionamiento de los generadores de números aleatorios internos de las máquinas y, por lo tanto, determinar cuándo pagarían la próxima vez.

Y hace aproximadamente una década, investigadores de seguridad de la Universidad de Cambridge entre los que estaba Murdoch, se dieron cuenta de que los estafadores podían robar dinero prediciendo los números generados dentro de las tarjetas de chip y PIN.

Dichos números son necesarios para autenticar una transacción cuando pagas algo en una tienda. Pero resultó que era posible predecir los números futuros y, por lo tanto, suplantar la tarjeta de débito de alguien para gastar su dinero sin su autorización.

Incluso si consideramos una mala ingeniería, la mayoría de los generadores de números aleatorios mencionados anteriormente aún podrían ser un poco más robustos.

Las fuentes de aleatoriedad de las que dependen son, en el mejor de los casos, solo aleatorias para nosotros. Si de alguna manera conociéramos cada intrincado detalle del Universo y pudiéramos modelarlo perfectamente, probablemente podríamos predecir el bullicio detallado del ruido atmosférico o el patrón de las gotas de lluvia cayendo sobre el vidrio.

Por lo tanto, algunas personas argumentan que el mejor tipo de generador de números aleatorios es un generador de números aleatorios cuántico, es decir, uno que depende de los efectos de la mecánica cuántica. Estos, según lo que sabemos, son tan aleatorios como se puede llegar a ser.

El comportamiento extraño, o entropía, de las partículas subatómicas, incluido el tiempo de desintegración de un solo átomo radiactivo, por ejemplo, es completamente impredecible. Hay cierta discusión sobre si realmente existe la verdadera aleatoriedad en alguna parte, pero podemos dejar eso a los físicos teóricos.

A efectos prácticos, cosas como el tiempo de llegada de fotones , diminutas partículas de luz, a un detector se han considerado algo verdaderamente aleatorio y adecuado como base para generar números al azar.

Otro enfoque implica contar fotones emitidos por un pulso láser, que en una configuración experimental especial producirá un número impar o par de fotones al azar. Al hacer esto una y otra vez, se puede generar una cadena de bits aleatorios y usarla para producir números aleatorios.

En principio, los generadores de números aleatorios cuánticos son “intrínsecamente impredecibles”, según Zhanet Zaharieva, co-fundadora de Quantum Dice, una empresa con sede en Reino Unido que está desarrollando su propia tecnología para generar números aleatorios cuánticos.

Sin embargo, incluso algunos de estos sistemas más nuevos son susceptibles a defectos. “Lo que terminas teniendo es un sistema que es una mezcla de entropía cuántica (..) y ruido clásico”, explica Zaharieva.

Hurley-Smith señala, por ejemplo, que algunos generadores de números aleatorios cuánticos dependen de equipos que pueden hacerlos menos aleatorios con el tiempo.

“Si un fotón golpea el sensor, calentará ligeramente, posiblemente haciendo que sea más o menos sensible a futuros impactos”, explica. En otras palabras, tienes un fenómeno aleatorio que termina sesgado.

Con el desarrollo de la tecnología cuántica, podemos esperar ver aún más generadores de números aleatorios inventivos y, con suerte, confiables en el futuro.

Mientras tanto, siempre está random.org. A veces, las personas escriben a Mads Haahr quejándose de haber visto lo que parece ser una secuencia predecible de números en el sitio.

Según Haahr, esto se debe a que los humanos somos muy malos reconociendo la aleatoriedad. Parecemos estar predispuestos a ver patrones en todo.

Haahr disfruta tomarse el tiempo para responder y explicar estos conceptos con más detalle.

Puede que su intención original no fuera crear un recurso como random.org, pero con el tiempo Haahr se dio cuenta de que era algo que quería hacer.

Tal vez, sugiere, esto se deba a que es de Dinamarca, un país repetidamente clasificado entre los menos corruptos del mundo. Ahora, las personas utilizan su sitio web para convencer a sus usuarios o audiencias de que cualquier juego o proceso en el que participan es honesto y justo, al menos dentro de los límites de la aleatoriedad.

Parece que el camino de Haahr con random.org lo ha llevado a reflexionar sobre la importancia de la confianza en el uso de generadores de números aleatorios. A pesar de la sofisticación técnica y los principios detrás de estos generadores, él reconoce que la confianza sigue siendo esencial.

Los usuarios confían en random.org para garantizar la equidad en diversas aplicaciones, desde juegos hasta experimentos científicos e incluso sorteos de lotería.

Aunque teóricamente es posible manipular los resultados, Haahr enfatiza la integridad que siempre han mantenido él y sus colegas, arraigada en su compromiso con la honestidad y la equidad.

En última instancia, la confianza forma una parte crucial de la ecuación, como señala Haahr: “Siempre, supongo, algo de confianza es necesaria en algún lugar del proceso”.

Por Chris Baraniuk

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