【摘 要】
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真随机数在统计抽样,随机建模和信息安全等诸多领域具有广泛的应用.特别对于无条件安全通信,真随机序列的不可预知性,统计均匀性和产生速率构成了无条件安全性的决定因素之一
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真随机数在统计抽样,随机建模和信息安全等诸多领域具有广泛的应用.特别对于无条件安全通信,真随机序列的不可预知性,统计均匀性和产生速率构成了无条件安全性的决定因素之一. 本论文从无条件安全通信对真随机序列的要求出发,综合量子信息和密码学等学科的研究成果,结合实践经验,总结出一套设计物理真随机发生器的一般方法.作者在实践过程中分别针对分立变量和连续变量的物理随机源设计并实现了物理真随机数发生器. 对于分立变量的随机数发生器,作者提出使用相干态光子数内禀的随机性作为物理随机源,配合使用von Neumann消偏置方法,最终得到了均匀分布且彼此独立的随机比特.这种物理真随机数发生器的优势在于能够用较少的光电器件稳定的产生无偏置的真随机比特. 对于连续变量的随机数发生器,提出利用大量原子自发辐射的统计波动作为物理随机源,并从随机序列的数学定义出发,设计了一种针对连续变量物理随机源的随机数提取方法,得到了均匀分布且彼此独立的真随机数. 为进一步提高随机比特产生速率,作者通过分析提高产生速率的两种思路,找到它们的共同策略,按照这种策略设计了一种随即数的方法.这种提取方法能够从彼此相关的测量结果中提取出满足均匀分布的随机数,允许采样速率超越系统带宽;同时能够达到较高随机比特提取效率.经实验验证,在物理随机源不变的前提下,该提取算法能够显著提高随机比特产生速率.
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