一种基于量子随机数验证的智慧社区数据加密方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于量子随机数验证的智慧社区数据加密方法及系统，涉及智慧社区计算领域，包括：接收量子随机数，其中，量子随机数的采集过程通过量子随机数发生器QRNG生成；计算量子随机数的条件最小熵；计算条件最小熵的下界，根据计算得出的条件最小熵的下界对量子随机数的随机性进行验证；将验证通过的量子随机数计算得到量子密钥，利用量子密钥对智慧社区数据进行加密；提高熵对于评估量子随机数发生器QRNG的运行状况的优点可以分为以下方面：降低QRNG输出的偏差和相关性，使其更接近理想的均匀分布和独立性；增加QRNG输出的信息量和复杂度，使其更难被压缩或分析；提升QRNG的抗攻击能力，使其更难被篡改或窃取。使其更难被篡改或窃取。使其更难被篡改或窃取。

【技术实现步骤摘要】
一种基于量子随机数验证的智慧社区数据加密方法及系统


[0001]本专利技术涉及智慧社区
，具体的是一种基于量子随机数验证的智慧社区数据加密方法及系统。

技术介绍

[0002]随着信息技术和物联网技术的发展，智慧社区作为一种新型的社区模式，逐渐受到了广泛的关注和推广。智慧社区的目标是通过利用各种智能化和数字化的手段，实现社区管理、服务、安全、环境等方面的优化和提升，从而增强社区居民的生活质量和幸福感。然而，智慧社区也面临着一些挑战和风险，其中之一就是网络安全问题。由于智慧社区涉及到大量的数据传输、存储和处理，如果没有有效的安全保障措施，就可能导致黑客攻击、数据泄露、身份盗用等严重后果，危害社区居民的隐私和财产。因此，如何保障智慧社区的网络安全，是一个亟待解决的问题。为了解决这一问题，量子随机数作为一种新兴的技术手段，引起了人们的关注和研究。量子随机数是一种利用量子力学的内在不确定性产生的不可预测的随机数，它具有高度的安全性和真随机性，是目前最理想的随机数源。量子随机数在密码学、通信安全、数据加密等领域有着广泛的应用，可以有效地防止传统随机数生成器所存在的可预测性、可重现性和可攻击性等缺陷。除此之外，量子随机数在彩票、游戏、人工智能等领域也有着重要的作用，可以增加趣味性、公平性和创新性。量子随机数在科学研究和数值模拟等领域也有着不可替代的价值，可以提高计算精度和效率。因此，量子随机数可以为智慧社区提供更高的安全性、更好的服务质量和更多的发展机遇。
[0003]在大部分情况下，我们通常期望随机数是高度随机的，而在实际任务中如何验证随机数的随机性是非常重要的，同时也非常具有挑战性。实上，在过去的十年里，已经提出了许多量子随机数发生器（QRNG）的方案，一些QRNG也已经商业化。而对于如何评估QRNG的运行状况，熵被认为是的一种理想而有效的工具。

技术实现思路

[0004]为解决上述
技术介绍
中提到的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于量子随机数验证的智慧社区数据加密方法及系统。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：接收量子随机数，其中，量子随机数的采集过程通过量子随机数发生器QRNG生成；计算量子随机数的条件最小熵；计算条件最小熵的下界，根据计算得出的条件最小熵的下界对量子随机数的随机性进行验证；将验证通过的量子随机数计算得到量子密钥，利用量子密钥对智慧社区数据进行加密。
[0006]优选地，所述量子随机数的获取过程：根据剩余哈希引理，提取长度为位的均匀随机数。
[0007]优选地，所述条件最小熵公式如下：(1.1)其中，为条件最小熵，量子态满足，系统A为合法用户Alice，且持有量子态，系统E为窃听者Eve，且持有量子态满足，为希尔伯特空间，表示与大小相同的单位矩阵，表示高于所有的的上确界，表示取集合元素的下确界。
[0008]优选地，所述条件最小熵的下界通过三体熵不确定度关系进行验证。
[0009]优选地，所述三体熵不确定度关系通过利用最大熵和最小熵之间的不确定性关系：(1.2)推导出了条件最小熵的下界：(1.3)其中表示两个测量的最大重叠量，其以二为底的负的对数通常用符号表示，表示可观测量的本征向量的右矢形式，可以理解为一个列向量，表示可观测量的本征向量的左矢形式，可以理解为一个行向量，表示两个可观测量本征向量的内积，最小熵的下界越大，越能保证真正的量子随机性，表示条件最小熵，是条件最大熵，在忽略系统的情况下，条件最大熵表示为1/2阶R
é
nyi熵，和是系统A的两种不同的可观测量，系统A、系统C为合法用户Alice、Charlie，系统E为窃听者Eve。
[0010]优选地，考虑到，在忽略系统E的情况下的，和附加的限定条件，并和公式(1.2)进行对比，得到：(1.4)和(1.5)其中表示系统A的最小熵，表示对系统A进行测量后的最小熵，系统E的负无穷熵定义为，是的最小非零本征值，同理，表示系统的最小熵，最大熵表示为，为
阶的R
é
nyi熵；如果系统是平凡空间，并对公式(1.4)的两边同时减去，得到如下的改进关系：(1.6)和(1.7)表示当大于0时取，否则取0，仅用于替代（1.7）式右侧部分。
[0011]优选地，所述对量子随机数的随机性进行验证的过程选择使用三量子比特对称族混态进行，公式如下：(1.8)表示所选择的三量子比特对称族混态，其中有GHZ态的密度矩阵和W态的密度矩阵，且GHZ态的表达式写为、W态的表达式写为，其中0和1分别表示单个量子比特的两种状态，且设置量子态的两个态参数分别为、。
[0012]第二方面，为了达到上述目的，本专利技术公开了一种基于量子随机数验证的智慧社区数据加密系统，其特征在于，包括：接收模块：接收量子随机数，其中，量子随机数的采集过程通过量子随机数发生器QRNG生成；熵计算模块：计算量子随机数的条件最小熵；验证模块：计算条件最小熵的下界，根据计算得出的条件最小熵的下界对量子随机数的随机性进行验证；加密模块：将验证通过的量子随机数计算得到量子密钥，利用量子密钥对智慧社区数据进行加密。
[0013]优选地，所述一种基于量子随机数验证的智慧社区数据加密系统得到量子随机数的过程：根据剩余哈希引理，提取长度为位的均匀随机数。
[0014]优选地，所述条件最小熵公式如下：(1.1)其中，为条件最小熵，量子态满足，系统A为合法用户Alice，且持有量子态，系统E为窃听者Eve，且持有量子态满足，为希尔伯
特空间，表示与大小相同的单位矩阵，表示高于所有的的上确界，表示取集合元素的下确界。
[0015]优选地，所述条件最小熵的下界通过三体熵不确定度关系进行验证。
[0016]优选地，所述三体熵不确定度关系通过利用最大熵和最小熵之间的不确定性关系：(1.2)推导出了条件最小熵的下界：(1.3)其中表示两个测量的最大重叠量，其以二为底的负的对数通常用符号表示，表示可观测量的本征向量的右矢形式，可以理解为一个列向量，表示可观测量的本征向量的左矢形式，可以理解为一个行向量，表示两个可观测量本征向量的内积，最小熵的下界越大，越能保证真正的量子随机性，表示条件最小熵，是条件最大熵，在忽略系统的情况下，条件最大熵表示为1/2阶R
é
nyi熵，和是系统A的两种不同的可观测量，系统A、系统C为合法用户Alice、Charlie，系统E为窃听者Eve。
[0017]优选地，考虑到，在忽略系统E的情况下的，和附加的限定条件，并和公式(1.2)进行对比，得到：(1.4)和(1.5)其中表示系统A的最小熵，表示对系统A进行测量后的最小熵，系统E的负无穷熵定义为，是的最小非零本征值，同理，表示系统的最小熵，最大熵表示为，为阶的R
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nyi熵；如果系统是平凡空间，并对公式(1.4)的两边同时减去，得到如下的改进关系：(1.6)
和(1.7)表示当大于0时取，否则取0，仅用于替代（1.7）式右侧部分。
[0018]优选地，所述对量子随本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于量子随机数验证的智慧社区数据加密方法，其特征在于，方法包括以下步骤：接收量子随机数，其中，量子随机数的采集过程通过量子随机数发生器QRNG生成；计算量子随机数的条件最小熵；计算条件最小熵的下界，根据计算得出的条件最小熵的下界对量子随机数的随机性进行验证；将验证通过的量子随机数计算得到量子密钥，利用量子密钥对智慧社区数据进行加密。2.根据权利要求1所述的一种基于量子随机数验证的智慧社区数据加密方法，其特征在于，所述量子随机数的获取过程：根据剩余哈希引理，提取长度为位的均匀随机数。3.根据权利要求1所述的一种基于量子随机数验证的智慧社区数据加密方法，其特征在于，所述条件最小熵公式如下：(1.1)其中，为条件最小熵，量子态满足，系统A为合法用户Alice，且持有量子态，系统E为窃听者Eve，且持有量子态满足，为希尔伯特空间，表示与大小相同的单位矩阵，表示高于所有的的上确界，表示取集合元素的下确界。4.根据权利要求3所述的一种基于量子随机数验证的智慧社区数据加密方法，其特征在于，所述条件最小熵的下界通过三体熵不确定度关系进行验证。5.根据权利要求4所述的一种基于量子随机数验证的智慧社区数据加密方法，其特征在于，所述三体熵不确定度关系通过利用最大熵和最小熵之间的不确定性关系：(1.2)推导出了条件最小熵的下界：(1.3)其中表示两个测量的最大重叠量，其以二为底的负的对数通常用符号表示，表示可观测量的本征向量的右矢形式，可以理解为一个列向量，表示可观测量的本征向量的左矢形式，可以理解为一个行向量，表示两个可观测量本征向量的内积，最小熵的下界越大，越能保证真正的量子随机性，表示条件最小熵，是条件最大熵，在忽略系统的情况下，条件最大熵表示为1/2阶R
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nyi熵，和是系统A的两种不同的可观测量，系统A、系统C为合法用户Alice、Charlie，系统E为窃听者Eve。
6.根据权利要求1所述的一种基于量子随机数验证的智慧社区数据加密方法，其特征在于，考虑到，在忽略系统E的情况下的，和附加的限定条件 ，并和公式(1.2)进行对比，得到：(1.4)和(1.5)其中表示系统A的最小熵，表示对系统A进行测量后的最小熵，系统E的负无穷熵定义为，是的最小非零本征值，同理，表示系统的最小熵，最大熵表示为，为阶的R
é
nyi熵；如果系统是平凡空间，并对公式(1.4)的两边同时减去，得到如下的改进关系：(1.6)和(1.7)表示当大于0时取，否则取0，仅用于替代（1.7）式右侧部分。7.根据权利要求1所述的一种基于量子随机数验证的智慧社区数据加密方法，其特征在于，所述对量子随机数的随机性进行验证的过程选择使用三量子比特对称族混态进行，公式如下：(1.8)表示所选择的三量子比特对称族混态，其中有GHZ态的密度矩阵和W态的密度矩阵，且GHZ态的表达式写为、W态的表达式写为，其中0和1分别表示单个量子比特的两种状态，且设置量子态的两个态参数分别为、。8.一种基于量子随机数验证的智慧社区...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，王栋，王天宇，宋学科，李丽娟，请求不公布姓名，请求不公布姓名，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：