[實用新型]一種基于真空漲落的源無關量子隨機數發生器

有效

• 申請號: 201820932101.6
• 申請日: 2018-06-15
• 公開（公告）號: CN208444282U
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發明（設計）人: 富堯;朱偉
• 申請（專利權）人: 如般量子科技有限公司
• 主分類號: G06F7/58
• 分類號: G06F7/58
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 解明鎧;劉靜靜

本實用新型公開了一種基于真空漲落的源無關量子隨機數發生器，包括：提供真空態的真空漲落源；對所述真空態進行探測并輸出相應模擬信號的隨機正則分量探測系統；接收所述模擬信號經處理輸出相應數字信號的模數轉換器；接收所述數字信號經處理輸出源無關量子隨機數序列的數據處理器，所述數據處理器還具有與隨機正則分量探測系統相連的控制信號輸出端。本實用新型改進主要在于利用數據處理器對本振光源實施內調制，而省去相應的外調制器件，進一步提高了集成度，減少了硬件需求。

技術領域

本實用新型涉及量子通信設備領域，尤其涉及一種源無關量子隨機數發生器。

背景技術

很多領域都需要用到隨機數，如身份認證、密碼系統、博彩、科學計算等。在密碼系統中，隨機性是安全性的基礎；在量子密鑰分發系統中，其無條件安全的首要前提就是原始密鑰由真隨機數構成。而傳統的隨機數發生器均不能認為是真隨機數發生器。現有廣泛采用的贗隨機數發生器，基于固定的算法和預制的隨機數種子，其輸出的隨機數是完全確定的；由于采用贗隨機數而導致系統被攻擊的事情時有發生；因此在任何安全相關的系統中，急需用一種真隨機數發生器來替換贗隨機數發生器。同時，另一種常用的傳統隨機數發生器為經典物理源隨機數發生器，其隨機性根源于經典物理系統的復雜性；但是經典物理理論中不存在隨機性，因此據其產生的隨機數很難認為是真隨機數；此外，此類隨機數發生器的輸出速率較低且難以監控其工作狀態。基于量子力學原理的量子隨機數發生器作為新一代產品，其能高速生成真隨機數，從而可以完美替代傳統隨機數發生器。

量子隨機數發生器作為一種硬件隨機數發生器，需要對其硬件進行仔細校準、監控和防護以使其工作在正常狀態且保證其輸出的隨機數不因任何安全漏洞而被竊取。安全、穩定、高速地生成量子隨機數是對量子隨機數發生器的要求。但完全消除所有硬件安全漏洞是不切實際的，因此類比量子密鑰分發系統，設備無關、測量設備無關和源無關量子隨機數發生器方案被陸續提出。而其中最成熟最接近實用的方案，當屬源無關量子隨機數發生器裝置；在此類裝置中，無需對源進行任何監控，其甚至可以完全在攻擊者的控制之下；隨后通過可信的測量設備對源制備的量子態隨機在兩個互補的基矢下進行測量，其中一個基矢的測量結果作為檢測數據而另一個基矢的測量結果作為原始隨機數；通過檢測數據分析即可得到原始隨機數中安全真隨機數(源于量子力學的隨機性，且未被竊取)的下限，最終根據計算值并通過隨機性提取算法來從原始隨機數中提取量子隨機數。

最早的源無關隨機數發生器方案基于離散變量，因此需要采用單光子探測器；而單光子探測器價格昂貴，且探測速率偏低，因此該方案的源無關隨機數發生器難以實用化。在此基礎上，基于連續變量的源無關量子隨機數發生器被提了出來，其測量裝置為現行通用的平衡零拍探測器，成本經濟且探測速率較高；同時，基于真空漲落的源無關量子隨機數發生器無需進行量子態的制備，是市場化和實用化的優選方案。

實用新型內容

本實用新型提出一種結構簡化、集成度更高的源無關量子隨機數發生器。

一種基于真空漲落的源無關量子隨機數發生器，包括：

提供真空態的真空漲落源；

對所述真空態進行探測并輸出相應模擬信號的隨機正則分量探測系統；

接收所述模擬信號經處理輸出相應數字信號的模數轉換器；

接收所述數字信號經處理輸出源無關量子隨機數序列的數據處理器，所述數據處理器還具有與隨機正則分量探測系統相連的控制信號輸出端。