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一种基于CMOS的小型化量子随机数产生装置
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作者 王其兵 王林松 +3 位作者 王雅琦 李力 许华醒 王少华 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期924-932,共9页
为满足量子随机数发生器(QRNG)的小型化、集成化应用,设计了一种基于发光二极管(LED)光源并结合互补金属氧化物半导体(CMOS)探测的量子随机数发生器。量子随机数是以光量子固有特性确保随机数的高安全性,同时其低成本、高速率的处理方... 为满足量子随机数发生器(QRNG)的小型化、集成化应用,设计了一种基于发光二极管(LED)光源并结合互补金属氧化物半导体(CMOS)探测的量子随机数发生器。量子随机数是以光量子固有特性确保随机数的高安全性,同时其低成本、高速率的处理方式也具有较高的应用价值。但是传统的基于高速模拟数字转换器(ADC)采样的信号处理方法存在成本高、系统复杂、后处理要求高等问题,并且ADC采样的不完美性还会引入伪随机的特性,降低系统的随机数特性,从而限制了其进一步的商业应用与推广。本文提出的量子随机数发生器基于电压比较二值法,利用像素间探测电压的随机性,以CMOS像素点探测输出的电压序列前后脉冲间的电压差值作为随机数熵源,从而获得量子随机数序列。该方法具备简单、可靠、易实现的优点,更利于产品的产业推广。 展开更多
关键词 量子光学 小型化量子随机数发生器 二值法 互补金属氧化物半导体
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基于相位涨落的量子随机数发生器理论模型 被引量:3
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作者 陶红 谭晓青 李晓纯 《深圳大学学报(理工版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期519-524,共6页
密码算法的安全性基于密钥的安全性,密钥本质上是随机数.伪随机数基于算法的复杂度,理论上无法保证其真随机性,量子力学的不确定性为真随机数发生器提供了一个完美的熵源.基于YANG等提出的利用量子相位涨落获取实时量子随机数方案,设计... 密码算法的安全性基于密钥的安全性,密钥本质上是随机数.伪随机数基于算法的复杂度,理论上无法保证其真随机性,量子力学的不确定性为真随机数发生器提供了一个完美的熵源.基于YANG等提出的利用量子相位涨落获取实时量子随机数方案,设计了一个加入两个延时线圈的量子随机数光干涉理论模型,并对该理论模型进行随机性分析,所得理论模型具有随机正态分布特征. 展开更多
关键词 量子力学 量子随机数发生器 相位涨落 延时线圈 随机正态分布
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量子随机数发生器 被引量:7
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作者 周泓伊 曾培 《信息安全研究》 2017年第1期23-35,共13页
利用量子物理中的基本原理可以产生真随机数,它们在许多应用尤其是密码学中起到重要作用.对一个量子系统进行测量得到的真随机性揭示了量子特性——相干性,这是一个区分量子力学和经典力学的重要特性.根据对设备的信赖程度,量子随机数... 利用量子物理中的基本原理可以产生真随机数,它们在许多应用尤其是密码学中起到重要作用.对一个量子系统进行测量得到的真随机性揭示了量子特性——相干性,这是一个区分量子力学和经典力学的重要特性.根据对设备的信赖程度,量子随机数发生器可以被分为三大类:第1类是实用化的量子随机数发生器,这类发生器需要充分信任设备并建立适当的物理模型对设备进行描述,通常可以有很高的随机数产生率;第2类是自检测量子随机数发生器,可以在不信任设备的条件下产生随机数;第3类是半自检测量子随机数发生器,它是介于前2类之间的一类方案,通过部分地信任设备来获得相对较高的随机数产生率. 展开更多
关键词 量子相干性 量子随机数发生器 实用化 自检测 半自检测
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实用化量子随机数发生器研究进展 被引量:3
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作者 聂友奇 张军 《信息安全研究》 2017年第1期86-90,共5页
量子随机数发生器是一种从量子系统中提取量子力学固有不确定性并输出真随机数的一种仪器或者装置.最常见的一类量子随机数发生器根据光子经过一个分束器后的路径选择来产生随机数,其速率很低,无法满足大多数应用的需求.为了提高速率,... 量子随机数发生器是一种从量子系统中提取量子力学固有不确定性并输出真随机数的一种仪器或者装置.最常见的一类量子随机数发生器根据光子经过一个分束器后的路径选择来产生随机数,其速率很低,无法满足大多数应用的需求.为了提高速率,提出并实现了一个实用且高速的基于光子相对于外部固定参考的到达时间的量子随机数发生器方案,其原始随机数据符合均匀分布,原始比特率达到了109Mbps.然而,对于某些应用场景,比如高速量子密钥分发系统,这个速率依然不够高.为了满足对超高速率的需求,实验实现了速率高达68Gbps的基于激光相位波动测量的量子随机数发生器方案.激光相位波动被干涉仪转化成亮度信息被高速光电探测器探测,然后量化为产生速率为80Gbps的原始随机数.为了满足干涉仪稳定性的需求,使用主动反馈技术代替了传统的温度控制来实现相位稳定控制.通过对系统建模分析,估算出原始数据中的量子随机性,经过Toeplitz矩阵提取之后得到最终的量子随机数,产生速率可以达到68Gbps.然而,对于一个实用的量子随机数发生器,速率的瓶颈在于非常低的随机性提取速率.为了关闭这个间隙,提出并在高速FPGA中实现了基于Toeplitz矩阵的流水线式的随机性提取算法.同时QRNG的所有组成部分被集成到一个紧凑的模块中.这个包括实时后处理与实时传输的QRNG模块,其最终的比特率达到了3.2Gbps.这一系列的研究进展表明高速量子随机数发生器已经走向了实用化进程. 展开更多
关键词 量子随机数发生器 单光子探测 最小熵 激光相位波动 TOEPLITZ矩阵 随机性提取
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基于量子元胞自动机的真随机数发生器设计 被引量:1
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作者 秦亚辰 解光军 《合肥工业大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2022年第2期208-212,281,共6页
量子元胞自动机(quantum-dot cellular automata,QCA)是一种典型的纳米器件,有望成为VLSI设计中CMOS晶体管的替代者。文章基于QCA的内禀属性,以QCA交叉耦合结构为理论依据,设计一种真随机数发生器(true random number generator,TRNG),... 量子元胞自动机(quantum-dot cellular automata,QCA)是一种典型的纳米器件,有望成为VLSI设计中CMOS晶体管的替代者。文章基于QCA的内禀属性,以QCA交叉耦合结构为理论依据,设计一种真随机数发生器(true random number generator,TRNG),从基础单元的设计和仿真到最终实现位拓展的功能,全程都基于QCA-Designer软件平台加以实现。与之前类似的研究成果相比,该文所设计的电路结构大大降低了延迟、功耗和元胞面积,具有一定的优势。最终收集的仿真结果要经过行业标准测试,由美国国家标准技术研究院(National Institute of Standards and Technology,NIST)提供评估标准,证明了产生的随机序列具有优良的随机性。 展开更多
关键词 量子元胞自动机(QCA) 内禀属性 交叉耦合结构 随机数发生器(TRNG) 评估标准 随机
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脉冲激光相位涨落的量子随机数发生器 被引量:1
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作者 金振阳 万相奎 +2 位作者 庞恺 付梦晗 陈柳平 《光通信研究》 2022年第6期27-34,63,共9页
针对目前量子随机数发生器(QRNG)无法同时满足量子密钥分发通信中对于随机数产生的高速及实时性需求的问题,文章改进了基于脉冲激光作为光源提取相位信息的QRNG方案,利用单模迈克尔逊干涉仪将随机相位信息转换成光强信息,再通过高速光... 针对目前量子随机数发生器(QRNG)无法同时满足量子密钥分发通信中对于随机数产生的高速及实时性需求的问题,文章改进了基于脉冲激光作为光源提取相位信息的QRNG方案,利用单模迈克尔逊干涉仪将随机相位信息转换成光强信息,再通过高速光电探测器(PD)转换为电信号,并采用16位250 MHz采样率的数/模转换器(ADC)以及50%的提取率,最终得到了1.1 Gbit/s的实时量子随机数产生速率。文章实现了一种高速、实时和集成化的QRNG设备,同时对比了该方案与连续激光作为光源在原理以及系统设计上的优势。基于脉冲激光光源的QRNG通过了我国信息通信研究院的各项测试,产品在稳定运行过程中所输出的随机数,均能通过国家密码管理局随机性测试文件GB/T 32915-2016中规定的15项测试标准以及美国国家标准与技术研究院(NIST)检测标准。 展开更多
关键词 量子随机数发生器 脉冲激光 高速采样 随机性测试
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基于量子随机数发生器的量子密钥分发系统 被引量:3
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作者 胡倩倩 冯宝 李冬 《计算机应用与软件》 北大核心 2023年第4期324-328,共5页
量子随机数发生器能够产生不可预测的真随机数,可以解决随机数安全问题。在F-M系统的基础上,结合基于光子到达时间的量子随机数发生器实现方案,设计一种基于量子随机数发生器的量子密钥分发系统。该系统相比于F-M系统具有更高的随机数... 量子随机数发生器能够产生不可预测的真随机数,可以解决随机数安全问题。在F-M系统的基础上,结合基于光子到达时间的量子随机数发生器实现方案,设计一种基于量子随机数发生器的量子密钥分发系统。该系统相比于F-M系统具有更高的随机数安全性,能够进一步提高智能电网中测控信息的安全性。 展开更多
关键词 智能电网 信息安全 量子通信 量子密钥分发 量子随机数发生器
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基于标记配对相干态光源的实用化诱骗态量子随机数发生器 被引量:1
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作者 李元昊 费洋扬 +4 位作者 王卫龙 孟祥栋 王洪 段乾恒 马智 《密码学报》 CSCD 2023年第1期73-86,共14页
基于维度目击的量子随机数发生协议中需要使用完美的单光子源,现实中难以低成本、较方便地实现.本文给出了一种基于标记配对相干态光源的实用化诱骗态量子随机数生成协议,利用三强度诱骗态的方法可以准确估计出随机数生成协议的最小熵,... 基于维度目击的量子随机数发生协议中需要使用完美的单光子源,现实中难以低成本、较方便地实现.本文给出了一种基于标记配对相干态光源的实用化诱骗态量子随机数生成协议,利用三强度诱骗态的方法可以准确估计出随机数生成协议的最小熵,随机数提取率比基于弱相干态光源的诱骗态量子随机数生成协议更高.分析探测器的探测效率、后脉冲和探测效率不匹配对该协议安全性造成的影响,探测器的探测效率与最小熵呈正相关;后脉冲增加会降低输出的最小熵,影响随机数的安全性;在非对称基矢探测器效率的情况下,若其中一个测量基的探测效率较高,则该协议可以在另一个测量基的探测效率任意接近于0的情况下输出量子随机数. 展开更多
关键词 量子随机数发生器 标记配对相干态光源 诱骗态
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我科学家实现世界最快实时量子随机数发生器
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《机床与液压》 北大核心 2021年第13期141-141,共1页
中国科学技术大学潘建伟、张军等联合浙江大学教授储涛研究组,通过研制硅基光子集成芯片和优化实时后处理,实现了速率达18.8 Gbps的迄今世界最快实时量子随机数发生器。相关研究成果日前以封面论文的形式发表于《应用物理快报》上。随... 中国科学技术大学潘建伟、张军等联合浙江大学教授储涛研究组,通过研制硅基光子集成芯片和优化实时后处理,实现了速率达18.8 Gbps的迄今世界最快实时量子随机数发生器。相关研究成果日前以封面论文的形式发表于《应用物理快报》上。随机数是一种重要的基础资源,在信息安全、密码学、科学仿真、博彩业等众多领域以及日常生产生活中有着广泛的应用需求。与伪随机数发生器和其他物理随机数发生器不同,量子随机数发生器是基于量子物理原理产生真随机数的系统,具有不可预测性、不可重复性和无偏性等特征,是量子通信系统中的关键核心器件。 展开更多
关键词 随机数发生器 信息安全 不可重复性 应用物理 随机数 量子物理 浙江大学教授 量子通信
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量子真随机数发生器研究的进展
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《中国光学》 EI CAS 2013年第2期273-274,共2页
近期,北京大学信息科学技术学院郭弘课题组已在真随机数发生器研究领域取得了一系列研究成果。例如,通过对离散型和连续型量子随机源的持续研究,在随机源的建模分析、信号采集手段、数据后处理方法和随机性统计检测等方面均形成了理... 近期,北京大学信息科学技术学院郭弘课题组已在真随机数发生器研究领域取得了一系列研究成果。例如,通过对离散型和连续型量子随机源的持续研究,在随机源的建模分析、信号采集手段、数据后处理方法和随机性统计检测等方面均形成了理论和技术的积累。 展开更多
关键词 随机数发生器 量子 信息科学技术学院 后处理方法 研究成果 北京大学 建模分析 信号采集
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一种抗量子攻击的RFID安全认证协议研究 被引量:6
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作者 刘涛 贾浪峰 郭苹 《控制工程》 CSCD 北大核心 2020年第3期513-519,共7页
针对量子计算机对现有RFID系统的公钥密码体制(RSA、ECC)的安全性带来了巨大冲击,提出了一种基于NTRU密码体制的RFID相互认证协议,NTRU密码体制能够抵抗量子攻击且加解密速度快、密钥短、安全性高。将NTUR密码体制和具有不可预测性的真... 针对量子计算机对现有RFID系统的公钥密码体制(RSA、ECC)的安全性带来了巨大冲击,提出了一种基于NTRU密码体制的RFID相互认证协议,NTRU密码体制能够抵抗量子攻击且加解密速度快、密钥短、安全性高。将NTUR密码体制和具有不可预测性的真随机数发生器相结合,保证每次传输的数据都具有不可预测性,能够有效抵抗跟踪攻击、假冒攻击、重放攻击等安全隐私问题,并且实现了三方相互认证。通过GNY逻辑对协议安全性进行了形式化证明,证明了协议的可行性,最后与其他相关协议对比分析,表明所提出协议的安全性和计算效率更高。 展开更多
关键词 量子攻击 NTRU RFID 认证协议 随机数发生器(TRNG) GNY
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量子密钥在蜂群作战中的应用初探
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作者 蒋军彪 王晓章 张卓 《弹箭与制导学报》 北大核心 2021年第2期1-5,共5页
蜂群作战模式是未来体系作战的一种重要形式,蜂群节点间的通信安全至关重要,然而现有保密通信体制存在一定的失密风险。文中分析了量子密钥管理系统架构和目前存在的问题,评估了短期内量子通信在蜂群作战中直接应用的可行性,提出了一种... 蜂群作战模式是未来体系作战的一种重要形式,蜂群节点间的通信安全至关重要,然而现有保密通信体制存在一定的失密风险。文中分析了量子密钥管理系统架构和目前存在的问题,评估了短期内量子通信在蜂群作战中直接应用的可行性,提出了一种量子密钥与现代密码体制相融合的新型保密通信体制,可有效提高蜂群自组网的通信安全性。 展开更多
关键词 蜂群自组网 量子保密通信 量子密钥分发 量子随机数发生器 BB84
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基于交替量子漫步的量子彩色图像加密算法 被引量:6
13
作者 李丹 燕婷 郭瑞 《信息网络安全》 CSCD 北大核心 2021年第6期45-51,共7页
机密图像需要尽可能安全地加密传输。针对大多数经典图像加密算法只提供计算安全的现状,文章提出了一种基于交替量子漫步的量子彩色图像加密算法。该算法提供了一个无条件安全的量子图像加密方案,理论上可以抵抗量子计算机攻击。文章方... 机密图像需要尽可能安全地加密传输。针对大多数经典图像加密算法只提供计算安全的现状,文章提出了一种基于交替量子漫步的量子彩色图像加密算法。该算法提供了一个无条件安全的量子图像加密方案,理论上可以抵抗量子计算机攻击。文章方案的量子线路复杂度为O(n+q),与经典图像加密所需要的O(22n)复杂度相比,效率有指数级提升。与其他量子图像加密方案相比,文章方案在安全性和资源消耗上有较大优势,在未来有较大的应用潜力。 展开更多
关键词 交替量子漫步 量子彩色图像加密 随机数发生器
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序列检测和近似熵检测的快速实现研究 被引量:7
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作者 王彤 朱敏玲 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2020年第15期113-117,共5页
随机序列广泛应用于信息安全领域,随机序列的质量依靠随机性检测规范判断。美国国家标准与技术研究院提出的随机性检测规范中包含序列检测和近似熵检测,这两种检测算法的运算速度位列检测包末端。对两种检测算法的运算流程进行研究,通... 随机序列广泛应用于信息安全领域,随机序列的质量依靠随机性检测规范判断。美国国家标准与技术研究院提出的随机性检测规范中包含序列检测和近似熵检测,这两种检测算法的运算速度位列检测包末端。对两种检测算法的运算流程进行研究,通过优化字节处理方式、字节运算与相对频数统计相结合、频数统计值复用等方法分别优化两种算法,并将两种检测算法进行合并,减少冗余的数据加载和处理流程,完成两种算法的快速实现。实验结果表明,不同参数下序列检测和近似熵检测速度最高分别提升30.02倍、27.58倍,两种检测合并后整体速度最高提升45.23倍。 展开更多
关键词 二元序列 随机性检测 近似熵检测 序列检测 信息安全 量子随机数发生器
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