量子信息安全中隨機源的研究.pdf

1、隨機數(shù)是指具有不可預測特性的一組數(shù)據(jù)。隨機數(shù)在密碼學中的應用非常普遍，例如經(jīng)典密碼算法中的密鑰生成和分配，或者量子密鑰分配協(xié)議BB84中量子態(tài)的制備和測量都需要使用隨機數(shù)。隨機數(shù)的隨機性很大程度上影響這些加密算法或協(xié)議的安全性。能夠產生隨機數(shù)的機制稱為隨機數(shù)發(fā)生器。由經(jīng)典算法產生的隨機數(shù)依賴于算法的計算復雜度，一旦算法的初始條件確定，算法產生的隨機數(shù)也就確定了，違背了隨機數(shù)的不可預測特性，因此產生的隨機數(shù)稱為偽隨機數(shù)。而基于隨機的物理過

2、程產生的隨機數(shù)滿足不可預測原理，因此產生的是真隨機數(shù)。本文主要研究真隨機數(shù)的產生機制。另一方面，根據(jù)數(shù)據(jù)序列中‘0’和‘1’的比例是否相同，可以將隨機數(shù)分為平衡隨機數(shù)和非平衡隨機數(shù)。非平衡隨機數(shù)在非平衡選基的BB84協(xié)議、遠距離傳輸BB84協(xié)議的最優(yōu)選基等過程中有著重要的應用。而目前研究者提出的諸多基于物理過程的隨機數(shù)發(fā)生器都只能產生平衡隨機數(shù)。在本文中我們提出了一種基于量子力學原理的非平衡隨機數(shù)發(fā)生器，能夠產生所需比例的非平衡隨機數(shù)。

3、
　　本文首先介紹了目前物理隨機數(shù)發(fā)生器的研究現(xiàn)狀，包括產生機制、速率、系統(tǒng)魯棒性等方面。然后結合實際需求，提出了基于量子力學原理的非平衡隨機數(shù)發(fā)生器。這個隨機數(shù)發(fā)生器可以無偏的產生任意所需比例的非平衡隨機數(shù)。介紹了此非平衡隨機數(shù)發(fā)生器的實驗裝置、速率以及可能的系統(tǒng)優(yōu)化。研究了該實驗系統(tǒng)產生的隨機數(shù)的隨機特性。對于實驗系統(tǒng)產生的‘0’和‘1’比例相同的數(shù)據(jù)序列，利用NIST檢測和Three-Standard-Deviations檢