Đèn dung nham (lava lamp) ngoài chức năng trang trí thì chúng được Cloudflare sử dụng như một công cụ mã hóa nhờ sự ngẫu nhiên, không thể dự đoán trước. Từ đó kẻ tấn công sẽ khó lòng tìm ra khóa giải mã. Cơ chế hoạt động của hệ thống độc đáo này ra sao thì ngay dưới đây:

Đèn dung nham hoạt động như thế nào?

Đèn dung nham là một loại đèn trang trí được phát minh vào những năm 1960 bởi doanh nhân người Anh - Edward Craven Walker, về sau ông thành lập công ty Mathmos chuyên thiết bị chiếu sáng và sản phẩm nổi tiếng nhất là đèn dung nham.

Đèn dung nham nguyên thủy, chiếc Astro của Mathmos có hình dạng như một quả đạn cối với phần chứa "dung nham" bằng thủy tinh. "Dung nham" này là một loại sáp không tan trong chất lỏng, thường là nước hoặc là một dung môi trong mờ hoặc trong suốt có mật độ thấp.Loại sáp này có mất độ rất gần với mật độ của chất lỏng ở nhiệt độ phòng nhưng có hệ số giãn nở nhiệt cao hơn so với chất lỏng chứa nó.

Bên dưới bình thủy tinh chứa sáp và chất lỏng là một chiếc đèn sợi đốt hoặc là đèn halogen. Đèn làm nóng lớp sáp ở đáy khiến nó giãn nở, do sáp có hệ số giãn nở nhiệt cao hơn so với chất lỏng xung quanh nên thể tích của sáp tăng nhanh hơn khiến mật độ của nó giảm xuống. Khi mật độ thấp hơn so với chất lỏng, sáp từ từ nổi lên trên.

Bức tường đèn dung nham ở Cloudflare

Lavarand là một thiết bị tạo số ngẫu nhiên được thiết kế và thương mại bởi Silicon Graphics (SGI) vào năm 1996. Hệ thống này hoạt động bằng cách số hóa các mô hình hỗn loạn của sáp và nhiễu điện tử từ cảm biến máy ảnh chụp một dãy đèn dung nham. Dữ liệu này sau đó được xử lý bằng một hàm băm mật mã (cryptographic hash) mà ở đây là SHA-1, tư đó tạo ra một giá trị khởi tạo ngẫu nhiên, độ tin cậy cao và khó đoán dùng cho trình tạo số giả ngẫu nhiên CSPRNG.

Ý tưởng của SGI về sau đã được hồi sinh và ứng dụng bởi Cloudflare. Từ năm 2017, Cloudflare đã thiết kế một bức tường gắn khoảng 100 chiếc đèn dung nham tại sảnh văn phòng của công ty ở San Francisco và bố trí camera giám sát liên tục 24/7. Bức tường này được gọi là Wall of Entropy. Trên trang chủ của Cloudflare, công ty cho biết:

Tính ngẫu nhiên cực kỳ quan trọng đối với mã hóa an toàn, mỗi khóa mã hóa mà máy tính sử dụng để mã hóa dữ liệu cần phải thật sự ngẫu nhiên nhờ đó kẻ tấn công sẽ không thể tìm ra khóa và giải mã dữ liệu. Tuy nhiên, máy tính được thiết kế để cung cấp dữ liệu đầu ra một cách logic, có thể dự đoán dựa trên dữ liệu đầu vào. Chúng không được thiết kế để tạo ra dữ liệu "thật sự ngẫu nhiên" mà chỉ có thể là "giả ngẫu nhiên" (pseudorandom).

Vì vậy để có thể tạo ra dữ liệu hỗn loạn, không thể dự đoán cần thiết cho khóa bảo mật thì máy tính phải có nguồn dữ liệu ngẫu nhiên và không đâu nhiều dữ liệu ngẫu nhiên bằng thế giới thực. Cloudflare sử dụng đèn dung nham bởi hình thái của sáp trong đèn luôn ngẫu nhiên, không bao giờ có cùng hình dạng 2 lần. Thêm vào đó sự ngẫu nhiên không chỉ đến từ hình thái của sáp mà còn bao gồm nhiều yếu tố như nhiễu của cảm biến, điều kiện ánh sáng, trạng thái của không khí.