[發明專利]一種量子隨機數產生方法及裝置

有效

• 申請號: 201410413268.8
• 申請日: 2014-08-20
• 公開（公告）號: CN104156194B
• 公開（公告）日: 2017-04-19
• 發明（設計）人: 王堅;張鴻飛;謝天宇;王建民
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G06F7/58
• 分類號: G06F7/58
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司11260
• 代理人: 鄭立明,鄭哲

技術領域

本發明涉及加密技術領域，尤其涉及一種量子隨機數產生方法及裝置。

背景技術

隨機數最重要的特性是產生的前后兩個數之間毫無關系。在很多場合使用的是通過一個固定的、可以重復的計算方法產生的，稱為偽隨機數，雖然使用了復雜的數學函數，但是在一些加密系統的應用中，已經被證明有很多途徑可以攻擊用偽隨機數加密的系統。對于真正關鍵的應用，必須使用真隨機數，而真正的隨機數是使用物理現象產生的：比如擲錢幣、骰子、轉輪、使用電子元件的噪音、核裂變等等，這樣的隨機數發生器叫做物理性隨機數發生器。

隨機數被應用在不同的場合，比如統計學的不同技術中需要使用隨機數，如從統計總體中抽取有代表性的樣本的時候，或者在將實驗動物分配到不同的試驗組的過程中，或者在進行蒙特卡羅模擬法計算的時候等等。而在密碼學的各種應用的中，隨機數更是必不可少的，而且要求高質量的隨機數，只有這樣才能保證系統的安全。尤其是在量子密鑰分配的各種實現方案中，隨機數在密鑰的形成過程中起著至關重要的作用，如果這些隨機數被第三方竊取或者破解，通訊雙方通過公共信道討論探測結果時，竊聽者可能完全獲取密鑰而不被發現。因此，無論是在經典的信息安全領域還是在量子信息領域，一個真隨機數發生器都是必須的。

目前，利用光學量子隨機源的方法有很多，比如經典的單光子通過分光器使用2個單光子探測器探測的方案，但是，此方案由于探測器探測效率的不一致性，要做到無偏非常困難，同時此方案產生的隨機數速率很低；目前其他類似的方案均也存在較大缺陷，例如產生速率很低，產生隨機數的質量不好，實現非常復雜，以及需要進行后續處理等。

發明內容

本發明的目的是提供一種量子隨機數產生方法及裝置，隨機數產生質量較高產生速率較快，且無需后處理。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種量子隨機數產生裝置，該裝置包括：

量子隨機數源，用于輸出微弱光探測信號；

隨機數采樣器，用于將所述微弱光探測信號進行放大和甄別后分割為AB兩路信號；對A路信號進行時間測量，對B路信號則進行計數；并在固定周期內對B路信號的計數進行采樣，當計數值為1時，則將A路信號測得的時間量化值作為隨機數。

一種量子隨機數產生方法，該方法包括：

輸出微弱光探測信號；

將所述微弱光探測信號進行放大和甄別后分割為AB兩路信號；對A路信號進行時間測量，對B路信號則進行計數；并在固定周期內對B路信號的計數進行采樣，當計數值為1時，則將A路信號測得的時間量化值作為隨機數。

由上述本發明提供的技術方案可以看出，基于時間測量和計數甄別技術的真隨機數發生器具有高性能，高速率(超過40Mbps)，無需后處理，結構簡單，易于實現，隨機數的質量好的特點。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他附圖。

圖1為本發明實施例一提供的一種量子隨機數產生裝置的示意圖；

圖2為本發明實施例一提供的一種量子隨機數源的示意圖；

圖3為本發明實施例一提供的一種隨機數采樣器的示意圖；

圖4為本發明實施例一提供的實驗數據示意圖；

圖5為本發明實施例二提供的一種量子隨機數產生方法的流程圖。

具體實施方式

下面結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明的保護范圍。

本發明實施例涉及使用光子達到時間的隨機性來產生真隨機數，是一種使用時間測量和計數甄別技術，無需后處理的物理隨機數產生器，適用于保密通訊，加密計算，密鑰管理等各種需要真隨機數的場合，特別是在新興的量子保密通訊系統中，真隨機數更是必不可少。

實施例一

圖1為本發明實施例一提供的一種量子隨機數產生裝置的示意圖。如圖1所示，該裝置主要包括：

量子隨機數源11，用于輸出微弱光探測信號；