[实用新型]一种基于真空涨落的源无关量子随机数发生器

说明书

本实用新型公开了一种基于真空涨落的源无关量子随机数发生器，包括：提供真空态的真空涨落源；对所述真空态进行探测并输出相应模拟信号的随机正则分量探测系统；接收所述模拟信号经处理输出相应数字信号的模数转换器；接收所述数字信号经处理输出源无关量子随机数序列的数据处理器，所述数据处理器还具有与随机正则分量探测系统相连的控制信号输出端。本实用新型改进主要在于利用数据处理器对本振光源实施内调制，而省去相应的外调制器件，进一步提高了集成度，减少了硬件需求。

技术领域

本实用新型涉及量子通信设备领域，尤其涉及一种源无关量子随机数发生器。

背景技术

很多领域都需要用到随机数，如身份认证、密码系统、博彩、科学计算等。在密码系统中，随机性是安全性的基础；在量子密钥分发系统中，其无条件安全的首要前提就是原始密钥由真随机数构成。而传统的随机数发生器均不能认为是真随机数发生器。现有广泛采用的赝随机数发生器，基于固定的算法和预制的随机数种子，其输出的随机数是完全确定的；由于采用赝随机数而导致系统被攻击的事情时有发生；因此在任何安全相关的系统中，急需用一种真随机数发生器来替换赝随机数发生器。同时，另一种常用的传统随机数发生器为经典物理源随机数发生器，其随机性根源于经典物理系统的复杂性；但是经典物理理论中不存在随机性，因此据其产生的随机数很难认为是真随机数；此外，此类随机数发生器的输出速率较低且难以监控其工作状态。基于量子力学原理的量子随机数发生器作为新一代产品，其能高速生成真随机数，从而可以完美替代传统随机数发生器。

量子随机数发生器作为一种硬件随机数发生器，需要对其硬件进行仔细校准、监控和防护以使其工作在正常状态且保证其输出的随机数不因任何安全漏洞而被窃取。安全、稳定、高速地生成量子随机数是对量子随机数发生器的要求。但完全消除所有硬件安全漏洞是不切实际的，因此类比量子密钥分发系统，设备无关、测量设备无关和源无关量子随机数发生器方案被陆续提出。而其中最成熟最接近实用的方案，当属源无关量子随机数发生器装置；在此类装置中，无需对源进行任何监控，其甚至可以完全在攻击者的控制之下；随后通过可信的测量设备对源制备的量子态随机在两个互补的基矢下进行测量，其中一个基矢的测量结果作为检测数据而另一个基矢的测量结果作为原始随机数；通过检测数据分析即可得到原始随机数中安全真随机数(源于量子力学的随机性，且未被窃取)的下限，最终根据计算值并通过随机性提取算法来从原始随机数中提取量子随机数。

最早的源无关随机数发生器方案基于离散变量，因此需要采用单光子探测器；而单光子探测器价格昂贵，且探测速率偏低，因此该方案的源无关随机数发生器难以实用化。在此基础上，基于连续变量的源无关量子随机数发生器被提了出来，其测量装置为现行通用的平衡零拍探测器，成本经济且探测速率较高；同时，基于真空涨落的源无关量子随机数发生器无需进行量子态的制备，是市场化和实用化的优选方案。

实用新型内容

本实用新型提出一种结构简化、集成度更高的源无关量子随机数发生器。

一种基于真空涨落的源无关量子随机数发生器，包括：

提供真空态的真空涨落源；

对所述真空态进行探测并输出相应模拟信号的随机正则分量探测系统；

接收所述模拟信号经处理输出相应数字信号的模数转换器；

接收所述数字信号经处理输出源无关量子随机数序列的数据处理器，所述数据处理器还具有与随机正则分量探测系统相连的控制信号输出端。