一种实时熵评估后处理量子随机数产生方法技术

本发明专利技术提供一种实时熵评估后处理量子随机数产生方法。随机数质量决定通信系统的隐私和安全，量子随机数产生过程中由于量子探测不可避免会引入边信息，必须严格评估系统量子噪声熵含量并利用安全性信息论可证的提取器对随机数进行后处理。本发明专利技术提出在连续变量量子随机数产生方案中实时重构量子态相空间分布并度量其与理想值偏差，偏差达重判阈值则实时更新熵评估，从而实时调整后处理矩阵规模；用于构建随机提取器的种子也实时更新，在此基础上并行实现多路量子随机数的信息论安全广义哈希后处理。本发明专利技术提供了一种成本集约、扩展性强的随机数实时熵评估后处理方案，将有效提高量子随机数发生器的实际安全性及实用性。高量子随机数发生器的实际安全性及实用性。高量子随机数发生器的实际安全性及实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种实时熵评估后处理量子随机数产生方法


[0001]本专利技术属于加密
，具体涉及一种实时熵评估后处理量子随机数产生方法。

技术介绍

[0002]随机码是加密技术的关键，从根本上决定着信息系统的安全。量子随机数发生器基于量子物理内禀不确定性，具有信息论可证的随机性，提供了最安全的随机数产生方案。过去的十多年，该领域的研究多聚焦于突破更高的产率门槛和通过更全面的统计测试套件。近期，信息安全领域越来越意识到随机数的研究重心应转向其熵源的严格评估。严格来说，量子随机数生成器的物理实现中的任何缺陷都可能泄漏与生成随机数相关的信息，即所谓的边信息。诸如经典或量子的关联性都可能被窃听者利用以猜测测量结果。在边信息存在的情况下，可以提取的最大随机量是由量子条件最小熵决定的。以往报道的连续变量量子随机数产生方案中熵评估一劳永逸，并没有连续监测系统动态特性和证明其安全性，而是应用同样适用于伪随机数的统计测试套件后验地对私密增强的输出结果进行测试，只有最小熵实时、可靠的先验评估才能保证其安全行和随机性。
[0003]在量子随机数产生方案中，基于真空态本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实时熵评估后处理量子随机数产生方法，其特征在于，具体包括：对原始真随机序列进行熵评估；重构真空态Wigner函数在相空间的分布，使用KLD相对熵度量实验真空态与理想真空态间的差距，掌握量子态纯度的变化，根据实验室安全环境下的最小熵波动范围给出一个阈值，实际运行时波动超出该阈值即认为受到第三方干扰或攻击，随即进行最小熵重新评估及后处理矩阵调整的操作；得到实时的Toeplitz后处理矩阵规模；基于现场可编程逻辑门阵列的硬件条件和Toeplitz矩阵规模，设计矩阵大小可随着实时评估的量子熵动态改变的三级并行流水线算法，并且实时更新构建Toeplitz哈希矩阵的随机种子，对量子随机数进行信息论安全的实时广义哈希提取；基于现场可编程逻辑门阵列的并行计算优势，实现三个以上不同量子边带模式下的实时提取，多通道实时并行高速生成安全的量子随机数。2.根据权利要求1的所述方法，其特征在于，所述原始真随机序列的生成方法为：搭建光场真空态的平衡零拍探测系统，提取真空量子涨落作为生成真随机数的熵源，使本底光和真空场经50/50光学分束器发生干涉，经分束器输出光强基本相等的两束光信号后进行平衡零拍探测得到光电流信号，使平衡零拍探测得到的光电流信号与射频信号混频并经滤波器滤波后，经模数转换器进行模数转换得到原始真随机序列。3.根据权利要求1的所述方法，其特征在于，所述对原始真随机序列进行熵评估时需要提前确定最优采样范围。4.根据权利要求3的所述方法，其特征在于，确定最优采样范围的方法为：使用电压放大器不断调节交流电压增益，使用示波器采集各路放大后的输出，将采集的数据进行频数统计，当超出示波器采样范围的频数约等于中间最高帧的频数时，所采集的真随机序列中“0”和“1”的比例相近，为随机数最优采样范围。5.根据权利要求1的所述方法，其特征在于，所述矩阵规模可变三级并行流水线算法包括：第一级是子矩阵的构建，通过地址依次从BRAM中选取子种子构建随机子矩阵，BRAM即FPGA的片上块存储器；第二级是子矩阵的运算，将所构造的子矩阵与原始随机序列进行乘法运算，得到子矩阵乘法结果；第三级是子矩阵结果异或，将每个周期得到子矩阵乘法结果进行异或。6.根据权利要求6的所述方法，其特征在于，所述子矩阵的构建包括随机种子的存放和随机种子的选取两个模块。7.根据权利要求1的所述方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭晓敏，林发定，郭龑强，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：