[發明專利]一種量子隨機數序列產生方法、系統及裝置

有效

• 申請號: 202110976658.6
• 申請日: 2021-08-24
• 公開（公告）號: CN113791755B
• 公開（公告）日: 2023-10-20
• 發明（設計）人: 劉敦偉;馬喆;張國萬;霍娟
• 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;G06N10/60
• 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

本發明公開一種量子隨機數序列產生方法、系統及裝置，涉及隨機數序列產生技術領域，以解決現有的偽隨機數可被預測、周期性和規律性的缺陷問題。所述方法包括先調節雪崩二極管所處的環境溫度為預設溫度，再向雪崩二極管施加預設壓降的負向偏壓，并對雪崩二極管的輸出信號進行采樣，根據采樣點的采樣結果得到量子隨機數序列。本發明基于雪崩二極管這一電子學器件，利用其工作于蓋革模式下時，電子隧穿的量子物理效應來獲取隨機信號，再基于隨機信號產生量子隨機數序列，能夠提高所產生的量子隨機數序列的質量。本發明提供的量子隨機數序列產生方法、系統及裝置用于生成量子隨機數序列。

技術領域

本發明涉及隨機數序列產生技術領域，尤其涉及一種基于雪崩二極管的量子隨機數序列產生方法、系統及裝置。

背景技術

信息技術的不斷發展，給人們的生活帶來極大的便利，但也從一些角度催化信息安全問題日益突出，可能會賦予安全攻擊者更加多元的攻擊手段，導致人們對信息網絡結構安全、數據安全和信息內容安全的擔憂日益增多。隨機數是信息安全技術中密鑰產生的核心部分，而現階段應用的偽隨機數多為數學方法或者可建模方式產生,其存在可被預測、周期性、規律性等本質缺陷,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。

發明內容

本發明的目的在于提供一種量子隨機數序列產生方法、系統及裝置，用于克服現有的偽隨機數可被預測、周期性和規律性的缺陷，提高所產生的隨機數的質量。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種量子隨機數序列產生方法，包括：

調節雪崩二極管所處的環境溫度為預設溫度；

向所述雪崩二極管施加預設壓降的負向偏壓，并對所述雪崩二極管的輸出信號進行采樣；所述預設壓降的負壓偏壓使所述雪崩二極管工作于蓋革模式；

判斷采樣點的個數是否達到第一預設個數，得到第一判斷結果；

當所述第一判斷結果為是時，根據所述第一預設個數的采樣點所采集的輸出信號判斷所述雪崩二極管是否發生電子隧穿，得到第二判斷結果；

當所述第二判斷結果為是時，將本次的采樣結果記為第一隨機數；

當所述第二判斷結果為否時，將本次的采樣結果記為第二隨機數；

將所述采樣點的個數置為0，返回“判斷采樣點的個數是否達到第一預設個數，得到第一判斷結果”的步驟；直至采樣完成，根據所有所述采樣結果得到量子隨機數序列。

與現有技術相比，本發明提供的一種量子隨機數序列產生方法中，基于雪崩二極管這一電子學器件，利用其工作于蓋革模式下時，電子隧穿的量子物理效應來獲取隨機電子隧穿信號，進而產生量子隨機數序列，能夠提高所產生的量子隨機數序列的質量，解決數學方式或可建模方式所產生的偽隨機數可被預測、周期性和規律性的缺陷。

本發明還提供一種量子隨機數序列產生系統，包括：

調溫模塊，用于調節雪崩二極管所處的環境溫度為預設溫度；

采樣模塊，用于向所述雪崩二極管施加預設壓降的負向偏壓，并對所述雪崩二極管的輸出信號進行采樣；所述預設壓降的負壓偏壓使所述雪崩二極管工作于蓋革模式；

第一判斷模塊，用于判斷采樣點的個數是否達到第一預設個數，得到第一判斷結果；

第二判斷模塊，用于當所述第一判斷結果為是時，根據所述第一預設個數的采樣點所采集的輸出信號判斷所述雪崩二極管是否發生電子隧穿，得到第二判斷結果；

隨機數生成模塊，用于當所述第二判斷結果為是時，將本次的采樣結果記為第一隨機數；當所述第二判斷結果為否時，將本次的采樣結果記為第二隨機數；