[发明专利]一种真随机数生成方法及系统

说明书

本发明涉及一种真随机数生成方法，包括：S1、采用连续光源生成独立的三组物理随机信号；S2、基于所述三组物理随机信号生成二进制真随机数流；S3、采用随机统计检验包验证所述二进制真随机数流中的真随机数的安全性和随机性。本发明还涉及一种真随机数生成系统，包括：光源随机信号生成装置，用于生成三组独立的物理随机信号；二进制真随机数生成装置，用于基于所述三组物理随机信号生成二进制真随机数流；检验装置，用于采用随机统计检验包验证所述二进制真随机数流中的真随机数的安全性和随机性。实施本发明的真随机数生成方法及系统，能够简单地采用普通物理随机信号源高速生成具有不可预测性、不可逆特性的高质量随机数。

技术领域

本发明涉及信息系统领域，更具体地说，涉及一种真随机数生成方法及系统。

背景技术

由于随机数具有分布均匀无周期，不可预测和不可复制等特征，因此，随机数的产生成为信息安全、随机抽样与建模、人工智能、深空探测等领域中很重要的一环。

目前，常用的随机数生成有两种方法：基于软件算法和基于物理信号如热噪声等的方法。基于软件算法的方法一般根据种子值来计算生成的随机数，如果种子一样，生成的随机序列也一样，但在分布上显得随机又平均，因此是伪随机的。基于热噪声物理信号的方法是以经典热噪声的随机数芯片读取当前物理环境中的噪声，并据此获得随机数。这类方法由于环境中的变量更多，相对于基于软件算法的方法更难预测。然而在牛顿力学的框架下，即使影响随机数产生的变量非常多，但在每个变量的初始状态确定后，整个系统的运行状态及输出在原理上是可以预测的，因此这一类方法也是基于确定性的过程，只是某种更难预测的随机数，也是伪随机的。

由于伪随机数利用了确定性的算法和种子序列，所以其产生的伪随机数序列是可以预测和可以复制的，而且在足够大的尺度上是具有周期性的。虽然伪随机数列在诸多应用中满足需要，但是在不断追求更高不确定度的信息安全领域留下了安全的隐患。尤其在量子算法不断更新和量子计算机逐步走向实现的情况下，基于计算复杂度的伪随机数的安全性问题日益突显；同时，对基于物理现象的真随机数的关注和需求愈发增加。

1964年，美国物理学家贝尔发现通过对量子纠缠进行关联测量，量子力学和定域确定性理论会对测量结果有着不同的预言。利用这个特性即可开展贝尔实验检验，从而判定量子力学的基础是否完备和量子随机性是否存在。贝尔的理论提出之后的几十年中，世界各国的众多科研小组进行了大量的实验，量子力学和量子随机性经受住了相关的实验检验。然而到目前为止，尚有两个漏洞需要关闭，即自由选择漏洞(freedom-of-choiceloophole)和塌缩的定域性漏洞(collapse locality loophole)。

最新的量子随机数生成器，利用量子纠缠的内禀随机性，实现器件无关的量子随机数。这类随机数发生器的安全性最高，但具有极高的技术挑战：整套随机数产生装置需要以极高的效率进行纠缠光子的产生、传输、调制、探测；同时不同组件间需要设置合适的空间距离以满足类空间分隔要求，才能以最高的安全性保证任何窃听者不能通过内部通信伪造贝尔不等式测试的结果。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种能够简单地采用普通物理随机信号源高速生成具有不可预测性、不可逆特性的高质量随机数的真随机数生成方法及系统。