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1、早在1991年,Bennett與Brassard等人就已完成了量子密鑰分發(fā)(quantum keydistribution QKD)的演示實(shí)驗(yàn)。近年來(lái),量子保密通信迅速地發(fā)展,已經(jīng)成為了一門相對(duì)成熟的學(xué)科。相比于經(jīng)典信息學(xué),量子信息學(xué)有著絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)和前景。量子密鑰分發(fā)逐漸從實(shí)驗(yàn)室研究走向?qū)嵱没?,使得信息的安全傳遞有了根本性的突破。量子保密通信與經(jīng)典保密通信相同的是,需隨機(jī)數(shù)用于密鑰生成和輔助計(jì)算,因此隨機(jī)數(shù)的性能在通信安全中起著關(guān)鍵性的
2、作用。在密鑰消耗較高的通信,或者遠(yuǎn)距離的量子通信中,要求較高的信號(hào)發(fā)射頻率,因此隨機(jī)數(shù)需要有與信號(hào)發(fā)射頻率相匹配的產(chǎn)生速率。
除了在保密通信中的應(yīng)用,隨機(jī)數(shù)還用于各種算法建模、游戲、商務(wù)等方面。隨著高科技的發(fā)展,對(duì)隨機(jī)數(shù)性能的要求也越來(lái)越高。傳統(tǒng)偽隨機(jī)數(shù)由于其本身具有可預(yù)測(cè)性的缺陷,在很多應(yīng)用中都已經(jīng)不能滿足需求。對(duì)真隨機(jī)數(shù)的研究越來(lái)越重要,尤其是高速真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的研究。
真隨機(jī)數(shù)是基于物理隨機(jī)現(xiàn)象產(chǎn)生的隨
3、機(jī)數(shù),是不可預(yù)測(cè)的,比如電子學(xué)噪聲、光子輻射時(shí)間、核衰變時(shí)間等。本文實(shí)現(xiàn)了基于數(shù)字電路抖動(dòng)真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器和基于光量子效應(yīng)的量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器,均能產(chǎn)生統(tǒng)計(jì)分布好,且具有不可預(yù)測(cè)性的真隨機(jī)數(shù)。基于抖動(dòng)的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的熵源為高速震蕩環(huán)的隨機(jī)抖動(dòng),由電子學(xué)噪聲引起,是物理隨機(jī)現(xiàn)象。量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的熵源為單光子到達(dá)探測(cè)器在時(shí)間上的隨機(jī)性,是光的量子隨機(jī)性。這兩者產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)都有完全不可預(yù)測(cè)性,但是在實(shí)際數(shù)據(jù)的提取中,受提取方法的影響,數(shù)據(jù)會(huì)有
4、一些缺陷,不能達(dá)到非常好的統(tǒng)計(jì)分布。
統(tǒng)計(jì)分布不夠理想,或者說(shuō)存在某些特定缺陷,是物理隨機(jī)數(shù)發(fā)生器普遍存在的一個(gè)問(wèn)題。后處理方法能讓隨機(jī)數(shù)具有更好的統(tǒng)計(jì)分布,而從信息熵的角度來(lái)說(shuō)則是增加數(shù)據(jù)的熵。本文的另一部分是對(duì)隨機(jī)數(shù)后處理方法進(jìn)行討論,并在FPGA(Field--Programmable Gate Array)中實(shí)現(xiàn)了三種高速后處理算法。這三種后處理方法各有其優(yōu)缺點(diǎn),可用于需求不同的場(chǎng)合,針對(duì)不同的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器數(shù)據(jù)進(jìn)行
5、后處理。
判斷一個(gè)數(shù)據(jù)序列是否是性能很好的真隨機(jī)數(shù),除了對(duì)隨機(jī)數(shù)發(fā)生器本身進(jìn)行分析外,更為直接的方法就是用各種成熟的隨機(jī)數(shù)測(cè)試軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試。本文對(duì)幾種常用的隨機(jī)數(shù)測(cè)試軟件進(jìn)行了較為系統(tǒng)的介紹,對(duì)其優(yōu)劣進(jìn)行了討論和比較。
量子計(jì)算機(jī)具有超強(qiáng)的計(jì)算能力,量子計(jì)算機(jī)的問(wèn)世或許會(huì)對(duì)以往所有隨機(jī)數(shù)發(fā)生器構(gòu)成威脅,只有量子隨機(jī)數(shù)才能抵抗量子計(jì)算機(jī)的攻擊。因此,對(duì)量子隨機(jī)數(shù)的研究非常必要。
本論文主要工
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