A random number generator using biological populations as entropy sources

Imaginez que vous essayiez de crocheter une serrure, mais que la clé dont vous avez besoin soit un nombre si véritablement aléatoire qu'aucun être, pas même un superordinateur, ne pourrait jamais le deviner. C'est le monde de la cryptographie, où les « Générateurs de Nombres Aléatoires Réels » (TRNG) sont les gardiens de nos secrets numériques. Habituellement, ces gardiens s'appuient sur la danse agitée et imprévisible des électrons dans un fil ou sur le sifflement statique d'une radio pour créer leurs nombres. Mais et si nous pouvions emprunter cette imprévisibilité à quelque chose de vivant ? Pensez à une foule de personnes dans une pièce ; si vous essayez de prédire exactement où chaque personne fera un pas la seconde suivante, c'est impossible car chacun bouge pour ses propres raisons. Les scientifiques se demandent depuis longtemps si nous pourrions utiliser ce genre de mouvement vivant et chaotique pour générer des nombres encore plus difficiles à craquer que le bruit électronique habituel.

C'est exactement ce qu'Hiroshi Yoshida, de l'Université de Kyushu, a exploré dans un court rapport publié en juillet 2026. Le document propose une nouvelle méthode insolite pour créer des nombres aléatoires : en écoutant les mouvements de torsion et de frétillement de larves d'insectes. Au lieu de simplement mesurer le bruit électronique, les chercheurs ont placé un groupe de larves (comme des vers phénix ou des vers de farine) dans un récipient avec des fils métalliques plantés en eux. À mesure que les larves rampent sur les fils, elles modifient la résistance électrique de manière désordonnée et imprévisible. Les chercheurs ont transformé ces changements de résistance en un signal bourdonnant, l'ont échantillonné, et ont utilisé une astuce mathématique spéciale appelée « XOR » pour mélanger les signaux. Le résultat ? Un flux de nombres qui a passé certains des tests de hasard les plus stricts au monde, suggérant qu'un récipient de bêtes frétillantes pourrait bien être une source de sécurité étonnamment difficile à prédire.

Le Générateur « Insecte en Boîte »

Alors, comment une boîte d'insectes devient-elle le meilleur ami d'un ordinateur ? Imaginez que vous ayez un bocal rempli de centaines de minuscules larves frétillantes. Maintenant, plantez deux fils métalliques dans le bocal de manière à ce qu'ils touchent la masse grouillante. Dans le monde de l'électronique, lorsque ces insectes rampent sur les fils, ils agissent comme de minuscules ponts mobiles. Parfois, un insecte touche les deux fils, abaissant la résistance ; parfois, il s'en éloigne, augmentant celle-ci. Parce que les insectes sont vivants et se déplacent de manières impossibles à prédire ou à modéliser, la résistance électrique entre les fils fluctue constamment dans une danse chaotique.

Les chercheurs ont pris ce signal électrique désordonné et l'ont injecté dans un circuit appelé « oscillateur ». Considérez un oscillateur comme un métronome qui bat la mesure. Habituellement, un métronome bat à un rythme régulier. Mais dans ce cas, le « métronome » est poussé par les insectes. À mesure que la résistance change, la vitesse du tic-tac (la fréquence) accélère et ralentit sauvagement. Le circuit transforme ces changements de vitesse en un signal d'onde carrée — un motif numérique on/off aussi désordonné que les insectes eux-mêmes.

Pour obtenir un nombre aléatoire, les chercheurs ont simplement « pris une photo » de ce signal à une vitesse spécifique. S'ils avaient pris la photo trop vite, ils auraient pu voir le même motif se répéter sans cesse. Mais s'ils l'ont échantillonnée à une vitesse plus lente que le tic-tac le plus rapide du signal (spécifiquement, moins d'un dixième de la fréquence d'oscillation), le résultat a été une chaîne de 0 et de 1 qui semblait complètement aléatoire.

La Magie du Mélange (XOR)

L'un des aspects les plus intelligents de cette conception est la façon dont les chercheurs ont géré le fait qu'un bocal d'insectes puisse ne pas être parfait. Peut-être que les insectes dans un coin dorment, ou peut-être que les fils sont un peu collants. Pour corriger cela, ils ne se sont pas contentés de compter sur une seule paire de fils. Dans leur configuration « étendue », ils ont utilisé six fils dans le même bocal (ou même dans des bocaux séparés) pour créer six signaux différents.

Ils ont ensuite utilisé une porte logique appelée « XOR » (OU exclusif) pour mélanger ces signaux. Vous pouvez concevoir le XOR comme un jeu de « l'intrus » ou comme un mélangeur magique. Si vous avez deux signaux qui sont tous deux un peu biaisés (peut-être que l'un a trop de 0 et l'autre trop de 1), les mélanger avec le XOR tend à annuler ces biais. C'est comme si vous aviez une tasse d'eau trop salée et une tasse trop sucrée ; les mélanger pourrait vous donner une boisson parfaitement équilibrée. Le document note que cette méthode possède un superpouvoir : même si une source d'insectes devient défaillante ou prévisible, tant que les autres sont toujours « sains » et chaotiques, le mélange final reste sûr et aléatoire. Cela rend le système beaucoup plus fiable que de compter sur une seule source d'entropie.

Les Insectes ont-ils Réussi le Test ?

Les chercheurs ont soumis leur générateur alimenté par les insectes à des tests très rigoureux, incluant les normes NIST SP 800-90B et SP 800-22, qui sont les étalons de référence pour vérifier si un générateur de nombres aléatoires est réellement aléatoire.

Voici ce qu'ils ont trouvé :

• Le Signal Brut : Lorsqu'ils ont testé les nombres bruts provenant directement des insectes sans traitement supplémentaire, les résultats étaient mitigés. À des vitesses d'échantillonnage plus basses (comme 3 kHz ou 5 kHz), les nombres ont réussi certains tests de base mais ont échoué aux plus stricts. Par exemple, à une fréquence d'échantillonnage de 111 kHz, les données brutes ont totalement échoué aux tests.
• La Recette Secrète (SHA-256) : Le document suggère que pour obtenir des nombres aléatoires réellement utilisables et de haute qualité, il était nécessaire de faire passer les données brutes par une étape de « post-traitement » utilisant une fonction de hachage cryptographique appelée SHA-256. Voyez cela comme un polissage final ou un tamis qui élimine tout motif ou biais résiduel.
• Le Résultat : Une fois le SHA-256 appliqué, les nombres sont devenus beaucoup plus robustes. Dans les tests, l'« entropie minimale par octet » (une mesure de l'imprévisibilité des données) est montée à 7,5 ou plus dans plusieurs cas, bien au-dessus du seuil de 6,4 nécessaire pour être considéré comme pratique pour une utilisation réelle. Même le taux d'échantillonnage délicat de 111 kHz, qui avait échoué auparavant, a réussi tous les tests après cette étape de polissage.

Pourquoi cela Importe

La principale conclusion de cette étude est que le mouvement chaotique et collectif des organismes vivants est une source de hasard étonnamment robuste. Contrairement au bruit électronique, qui peut parfois être modélisé ou prédit par des équations physiques, le comportement d'un essaim de larves est incroyablement difficile à prévoir. Le document suggère que cette approche biologique pourrait être plus difficile à prédire ou à manipuler pour les pirates que les méthodes électroniques traditionnelles.

Cependant, les auteurs prennent soin de ne pas prétendre qu'il s'agit d'un produit fini prêt pour votre smartphone. Ils notent que le système fonctionne mieux lorsqu'il est combiné à un post-traitement cryptographique tel que le SHA-256. Ils suggèrent également que les travaux futurs pourraient examiner comment différentes espèces d'insectes ou différentes densités de larves pourraient modifier la qualité de l'aléatoire. Pour l'instant, cette recherche offre un aperçu fascinant d'un futur où notre sécurité numérique pourrait être alimentée par un bocal de vers frétillants, prouvant que parfois, les choses les plus imprévisibles de l'univers sont celles qui sont vivantes.