一种产生平衡随机数的后处理系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种产生平衡随机数的后处理系统，包括依次连接的物理随机源模块、测量器件模块、后处理模块以及定时比特翻转模块，所述定时比特翻转模块将随机数产生时间分成单位时间帧，在相邻的单位时间帧内进行随机数比特翻转。本实用新型专利技术通过在后处理模块之后增加定时比特翻转模块，能够在相邻的单位时间帧内进行随机数比特翻转，解决了经过后处理模块的随机数有部分不均匀的问题，随机数发生器由于器件误差和环境扰动引起的随机数产生概率的偏差被消除，所以最终大大减小了随机数的不均匀性。

【技术实现步骤摘要】
一种产生平衡随机数的后处理系统
本技术涉及量子随机数
，具体为一种产生平衡随机数的后处理系统。
技术介绍
随机数产生技术是一种非常重要，在现代生产生活中应用的极其广泛的技术，其应用范围覆盖商业和科学研究等领域。此外，随机数发生器也是密码学的基本要求之一，随机数的随机性是否良好直接决定着对应密码的安全性能。一般随机数产生器按照产生方式不同可以分为算法类的随机数和物理类的随机数。其中算法类的随机数，顾名思义，它通过确定性算法直接产生，所产生随机数的随机性好坏直接决定于计算机算法的设计是否合理，并且原理上，基于算法的随机数是可以预测的，也就是说它实际上是一种伪随机数。而物理类的随机数则表示随机数的产生是基于某一种带有随机性的物理过程或物理现象。根据物理现象的不同，又可以将物理类随机数分为经典随机数和量子随机数。经典随机数表示该随机数基于的物理现象属于经典物理过程，经典物理过程包括混沌现象，电路热噪声等，而量子随机数则是基于量子随机物理，量子随机物理过程过程则包括了量子塌缩，原子跃迁等现象。随机数随机性的好坏有很多评判标准，其中均匀分布性(uniformdistribution)是一种重要的评判标准。所谓均匀分布也就要求，对于随机数产生器来说，产生比特0和比特1的概率应该相同，均为50％，这也就意味着在统计意义上来说，在足够长的随机数序列中，比特0和比特1的数量应该保持大致相同。但对于基于物理现象的随机数产生器来说，由于实际器件缺陷或者外部环境变化，极有可能使得随机数产生器产生的随机数不在保持均匀分布，例如：：IDQuantiqe公司Quantis光量子随机数发生器产品采用了光学分束器的方法产生随机数。但是由于光学分束器难以做到精准的50：50，且分光比这一参数可能会受到入射光波长，外部温度等其他物理参数的影响而发生改变，从而会导致产生的随机数0、1不平衡的问题。因此，多数随机数发生器需要后处理过程，以使生成的随机序列获得理想的统计特性。对于高要求的随机数发生器来说，应力求简化甚至避免后处理过程，这主要基于两个方面的考虑。第一、后处理过程一般由软件或硬件算法实现，在其中可能会存在后门等不可控的危险环节；第二、后处理过程会在效率、成本、功耗等方面带来一定的开销，从而影响系统的性能或带来潜在的安全性等问题。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种产生平衡随机数的后处理系统，使得物理类随机数保持均匀分布特性，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本技术提供了一种产生平衡随机数的后处理系统，包括依次连接的物理随机源模块、测量器件模块、后处理模块以及定时比特翻转模块，所述定时比特翻转模块将随机数产生时间分成单位时间帧，在相邻的单位时间帧内进行随机数比特翻转。与现有技术相比，本技术具有如下有益效果：本技术通过在后处理模块之后增加定时比特翻转模块，能够在相邻的单位时间帧内进行随机数比特翻转，解决了经过后处理模块的随机数有部分不均匀的问题，随机数发生器由于器件误差和环境扰动引起的随机数产生概率的偏差被消除，所以最终大大减小了随机数的不均匀性。附图说明图1为本技术的结构框图；图2为由于器件误差或外部环境变化导致的非平衡随机数的示意图；图3为经过本技术的定时比特翻转模块后的随机数的示意图。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。图1出了本实施例的产生平衡随机数的后处理系统的结构框图，包括依次连接的物理随机源模块、测量器件模块、后处理模块以及定时比特翻转模块，所述定时比特翻转模块将随机数产生时间分成单位时间帧，在相邻的单位时间帧内进行随机数比特翻转。如图2所示，定时比特翻转模块采用时分复用的方法，在随机数发生器工作时间内将时间分为一个个较短的单位时间帧，并在相邻的单位时间帧内对产生的随机数进行比特翻转，由于实际器件误差一般是稳定的，而同时随机数发生器工作所处的外部环境变化实际是一个缓变的过程，所以利用一个周期相对而言快的多的随机数翻转操作，使得最终产生的随机数序列保持均匀分布特性。图2中是由于器件误差或外部环境变化导致的非平衡随机数的一个例子，在这个例子中，高电平表示随机数比特1，低电平表示随机数比特0，那么此时，在这一串随机数中，高电平产生的概率要大于低电平，此时随机数分布不均匀。如图3所示，定时比特翻转模块将随机数产生时间分成一段段预设的单位时间帧，然后在相邻的单位时间帧内进行随机数比特翻转，这个操作平衡了图2中随机数不平衡的问题，随机数发生器由于器件误差和环境扰动引起的随机数产生概率的偏差被消除，所以最终大大减小了随机数的不均匀性。至于从物理随机源模块至后处理模块如何产生部分均匀的随机数的过程是本领域技术人员的常用技术手段，在此不再详述。对于本领域技术人员而言，显然本技术不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本技术的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本技术。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本技术的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本技术内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种产生平衡随机数的后处理系统，其特征在于，包括依次连接的物理随机源模块、测量器件模块、后处理模块以及定时比特翻转模块，所述定时比特翻转模块将随机数产生时间分成单位时间帧，在相邻的单位时间帧内进行随机数比特翻转。/n

【技术特征摘要】
1.一种产生平衡随机数的后处理系统，其特征在于，包括依次连接的物理随机源模块、测量器件模块、后处理模块以及定...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁禹阳，刘午，王从柯，程翌婷，
申请(专利权)人：合肥硅臻芯片技术有限公司，
类型：新型
国别省市：安徽;34