[發明專利]基于庫倫阻塞效應的量子隨機數產生方法、裝置及發生器在審
| 申請號： | 202010777525.1 | 申請日： | 2020-08-05 |
| 公開（公告）號： | CN111880764A | 公開（公告）日： | 2020-11-03 |
| 發明（設計）人： | 劉敦偉;馬喆;張國萬 | 申請（專利權）人： | 中國航天科工集團第二研究院 |
| 主分類號： | G06F7/58 | 分類號： | G06F7/58;G06N10/00 |
| 代理公司： | 中國航天科工集團公司專利中心 11024 | 代理人： | 張國虹 |
| 地址： | 100854*** | 國省代碼： | 北京;11 |
| 權利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 基于 庫倫 阻塞 效應 量子 隨機數 產生 方法 裝置 發生器 | ||
本發明涉及隨機數產生技術領域，公開了一種基于庫倫阻塞效應的量子隨機數產生方法、裝置及發生器。本發明以電子為量子隨機源信號載體，利用單電子器件作為量子隨機熵源，調整量子隨機熵源的電極與偏壓，引起庫倫阻塞效應變化，產生隧穿信號；利用采集裝置進行原始信號采集，并將采集后的信號利用后處理算法處理，形成可供加密使用的隨機數。本發明的量子隨機數產生方法、裝置及發生器基于電子學設計，具有高魯棒性、低功耗和高集成度的特點，克服以往的量子隨機數發生器在穩定性和可集成性上的瓶頸。
技術領域
本發明涉及量子隨機數技術領域，尤其涉及一種基于庫倫阻塞效應的量子隨機數產生方法、裝置及發生器。
背景技術
先進的加密技術是保密通信、安全網絡、加密終端等安全應用立足的基石。隨機數是加密技術中密鑰產生的核心部分，而偽隨機數的本質缺陷給保密通信、安全網絡和加密終端等加密應用帶來安全隱患。隨著各類前沿破解方案的提出，以量子計算為代表的超級計算能力的不斷提高，如果隨機因子不夠“隨機”，算法復雜度也無法抵御新的破解手段，那么攻擊者便可以利用自身的超級計算能力或優秀攻擊算法，破解偽隨機數的規律性、關聯性和重復性進行攻擊。
在量子信息研究的推動下，出現了產生真正隨機數序列的量子隨機數發生器，其依據量子力學基本原理，具體實現都是利用微觀粒子狀態的“內稟隨機性”作為隨機源，是迄今為止唯一從理論上可證的真隨機數產生途徑。但現有量子隨機數產生方案多集中在基于光學和放射源設計等，存在穩定性、功耗、可集成化等問題或瓶頸。
發明內容
本發明提供了一種基于庫倫阻塞效應的量子隨機數產生方法、裝置及發生器，基于電子載體，利用電子學方法產生量子隨機數，具有高魯棒性、低功耗和高集成度的特點。
為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：
本發明提供了一種量子隨機數產生方法，利用單電子器件作為量子隨機熵源，調整量子隨機熵源的電極與偏壓，引起庫倫阻塞效應變化，產生隧穿信號；采集隧穿信號，并將采集后的信號進行后處理算法處理，形成可供加密使用的隨機數。
作為一種可選的實施方式，本發明所述量子隨機熵源選用靜電屏蔽效應的Si基單電子隧穿結。
作為一種可選的實施方式，所述單電子隧穿結為兩個，分別與納米點級聯。
作為一種可選的實施方式，所述隧穿信號經放大后作為原始基于庫倫阻塞效應的量子熵源信號。
作為一種可選的實施方式，本發明采用D觸發器進行信號采樣。
作為一種可選的實施方式，所述后處理算法為Huffman編碼方法。
本發明還提供了一種量子隨機數生成裝置，包括：
信號獲取單元：利用單電子器件引起庫倫阻塞效應變化，產生隧穿信號；
信號放大單元：用于將產生的隧穿信號放大；
信號采集單元：將放大信號轉換為初步隨機序列；
數據處理單元：數學后處理優化初步隨機序列得到量子隨機數。
本發明還提供了一種量子隨機數發生器，包括依次電連接的熵源、放大器、采樣器和后處理器，所述熵源為能引發庫倫阻塞效應的單電子器件。
作為一種可選的實施方式，所述單電子器件包括兩個與納米點級聯的單電子隧穿結。
作為一種可選的實施方式，所述放大器為nMOS管。
作為一種可選的實施方式，所述信號采集裝置為D觸發器。
本發明的技術效果如下：
該專利技術資料僅供研究查看技術是否侵權等信息，商用須獲得專利權人授權。該專利全部權利屬于中國航天科工集團第二研究院，未經中國航天科工集團第二研究院許可，擅自商用是侵權行為。如果您想購買此專利、獲得商業授權和技術合作，請聯系【客服】
本文鏈接：http://www.szxzyx.cn/pat/books/202010777525.1/2.html，轉載請聲明來源鉆瓜專利網。
