La generación de números aleatorios (Random Number Generation, RNG) es un componente fundamental de la informática moderna. Muchos sistemas dependen de ella para garantizar seguridad y equidad, desde la creación de contraseñas y claves de cifrado hasta sorteos y simulaciones científicas. Sin embargo, históricamente ha habido un problema: ¿cómo verificar que esos números supuestamente aleatorios lo sean de verdad? Hasta ahora resultaba prácticamente imposible rastrear o auditar el proceso de un RNG convencional una vez producida la secuencia. Un reciente avance tecnológico propone resolver esta limitación combinando física cuántica con tecnología blockchain. Investigadores en Estados Unidos (del NIST y la Universidad de Colorado, entre otros) han conseguido construir el primer sistema de RNG completamente transparente y verificable, empleando entrelazamiento cuántico para generar números realmente impredecibles y registrando cada paso en una cadena de bloques pública.
¿Qué es un generador de números aleatorios y por qué es importante?
Un generador de números aleatorios (RNG) es cualquier dispositivo o algoritmo capaz de producir una secuencia de números impredecibles. En la vida diaria utilizamos la aleatoriedad para decisiones justas: sacar la pajita más corta, lanzar un dado o tirar una moneda al aire son formas clásicas de introducir azar en una elección. En los sistemas informáticos ocurre algo similar: los RNG se emplean para sortear elementos o seleccionar valores de forma equitativa en numerosos procesos (desde la ordenación aleatoria de ítems hasta el comportamiento no determinista en videojuegos).
La aleatoriedad también es clave en la seguridad informática y la criptografía. Una contraseña o clave criptográfica fuerte debe ser esencialmente impredecible; si está formada por números verdaderamente aleatorios, será mucho más difícil de descifrar. En el ámbito científico, la generación de números aleatorios es igualmente crucial: técnicas de simulación por computadora, como los métodos de Monte Carlo, requieren secuencias aleatorias para modelar fenómenos complejos. En resumen, sin números aleatorios confiables, no podríamos garantizar ni la seguridad de las comunicaciones digitales ni la fidelidad de numerosas simulaciones y sorteos.
Desafíos de los RNG tradicionales: trazabilidad y verificación
A pesar de su importancia, comprobar la autenticidad de la aleatoriedad es un desafío. Los RNG tradicionales suelen dividirse en dos tipos: los pseudoaleatorios (PRNG, basados en algoritmos deterministas) y los aleatorios reales (TRNG, basados en fenómenos físicos). Ambos presentan problemas de trazabilidad y verificación.
Los PRNG funcionan con un algoritmo matemático que genera secuencias aparentemente aleatorias a partir de un valor inicial llamado semilla. Son útiles y rápidos, pero su naturaleza determinista implica que, conociendo la semilla o el algoritmo, es posible predecir completamente la secuencia generada. Por otro lado, los métodos físicos (como dispositivos que miden ruido electrónico, radiación, etc.) producen bits en principio aleatorios, pero también difíciles de auditar. En la práctica, estos RNG de hardware funcionan como cajas negras cuya salida debemos fiarnos que sea aleatoria, sin un modo sencillo de auditar cada lanzamiento.
El problema central aquí es la trazabilidad. En la mayoría de los sistemas actuales no existe un rastro verificable de cómo se generó cada bit aleatorio, lo que impide auditar su autenticidad más tarde. Incluso si usamos fuentes físicas, suele ser difícil probar que ninguna influencia externa o truco estuvo presente. En resumen, el usuario debe confiar ciegamente en el dispositivo o algoritmo, sin contar con mecanismos para comprobar que no hubo sesgos, fallos o interferencias malintencionadas.
La mejora cuántica: RNG trazable con entrelazamiento y blockchain
El nuevo avance tecnológico afronta estos desafíos mediante una combinación de física cuántica y registro distribuido. Investigadores del NIST, en colaboración con la Universidad de Colorado, han potenciado un generador cuántico de números aleatorios añadiéndole una capa de trazabilidad basada en blockchain. En 2018, ya habían demostrado un RNG cuántico que explotaba el entrelazamiento cuántico. Ahora, esa técnica se ha actualizado incorporando una cadena de bloques pública donde cada paso del proceso queda registrado criptográficamente.
La fuente del azar proviene de la mecánica cuántica, pero además cada evento de generación queda anotado con una “huelladigital” criptográfica que cualquiera puede verificar. El equipo desarrolló un protocolo llamado Twine que marca cada conjunto de datos generados con un código hash encadenado cronológicamente. Estas marcas se integran en un libro mayor público al estilo blockchain, de forma que cualquier tercero puede inspeccionar la secuencia de hashes y confirmar que no se ha alterado ni omitido ningún paso.
El resultado es el primer RNG totalmente trazable gracias a la física cuántica. El sistema ha sido bautizado como CURBy (por Colorado University Randomness Beacon) y ya funciona como servicio público gratuito. Publica cadenas de bits aleatorios certificados que cualquiera puede utilizar. Todo el protocolo es de código abierto y auditable.
¿Cómo funciona este generador cuántico trazable?
El corazón del sistema está en un experimento de física cuántica conocido como test de Bell, que aprovecha el entrelazamiento cuántico. Este fenómeno describe cómo dos partículas pueden quedar vinculadas de tal manera que comparten el mismo estado cuántico instantáneamente, sin importar la distancia. En el RNG cuántico de NIST, un dispositivo genera pares de fotones entrelazados y envía cada fotón a estaciones de medición separadas.
Allí se mide la polarización del fotón, convirtiéndola en un valor binario (0 o 1). El resultado es impredecible y al compararlos se verifica una correlación que solo puede explicarse mediante mecánica cuántica. Esta correlación es la prueba de que los bits son realmente aleatorios.
Una vez generados estos bits, entra en juego la parte de trazabilidad blockchain. Cada bloque de datos aleatorios producido se etiqueta con un hash criptográfico mediante el protocolo Twine. Los hashes se encadenan y se publican en un libro mayor distribuido. Si alguien intentase manipular la secuencia, quedaría al descubierto porque no podría reproducir la cadena correcta.
Implicaciones en seguridad, transparencia y confianza digital
Contar con números aleatorios trazables aporta una capa de confianza sin precedentes. En situaciones donde la aleatoriedad garantiza justicia (como sorteos o auditorías), un RNG tradicional puede generar dudas. Con un RNG cuántico trazable, cualquiera puede comprobar la legitimidad del proceso.
En criptografía, las claves generadas con este sistema tendrán la garantía de que nadie pudo predecirlas ni manipularlas. En aplicaciones críticas como banca, blockchain o comunicaciones seguras, esto supone una ventaja importante.
Además, esta tecnología refuerza la confianza en sistemas digitales en general. En un mundo donde la desinformación es común, disponer de mecanismos verificables para procesos aleatorios puede brindar tranquilidad y fortalecer la transparencia institucional. Este avance demuestra cómo la física cuántica y la criptografía pueden colaborar para lograr sistemas digitales más seguros, justos y auditables.