[发明专利]量子随机数的高效后处理方法、装置及量子随机数发生器

说明书

一种量子随机数的高效后处理方法、装置及量子随机数发生器。该方法包括：获取ADC码值序列，ADC码值序列包括N个随机数；将ADC码值序列划分为多个子序列，子序列包括M个随机数，相邻子序列至多包括M‑1个在ADC码值序列中同位的随机数，且各组相邻子序列同位的随机数个数相同；根据各个子序列的累计值，确定第一随机数序列；根据预先设定的托普利兹矩阵，提纯第一随机数序列。本申请中，相较于ADC码值序列，第一随机数序列的随机性更高，而基于托普利兹矩阵的后处理方法的计算复杂度与随机性呈反比，因此，根据托普利兹矩阵，提纯经过预处理得到的第一随机数序列，能够降低后处理的计算复杂度，进而提高随机数发生器的输出效率。

技术领域

本申请涉及量子通信技术领域，特别涉及一种量子随机数的高效后处理方法、装置及量子随机数发生器。

背景技术

随着全球信息化发展，网络通信已经是人类当前重要的通信方式。但是，随之而来的是网络中存在的各种信息安全问题。保护网络安全的重要手段之一就是密码技术。密码技术包括现代经典密码技术和量子密码技术，而这些密码技术的基础为随机数。此外，除了密码技术，随机数在诸如数值计算、统计分析、蒙特卡罗模拟、博彩业、码分多址系统、数字通信、雷达测试、遥控遥测、量子力学基础检验和网络验证码等诸多技术领域都有着重要作用。

量子随机数发生器(Quantum Random Number Generator，QRNG)是各种物理真随机数发生器中一种基于量子力学原理的随机数发生器。量子力学的不确定性基本原理保证了QRNG的绝对随机性。QRNG作为一类特殊的物理随机数发生器，它的随机信号源是微观量子效应支配的物理量。与确定性的经典物理不同，概率性，又称为随机性，是量子力学的基本原理之一。量子力学的随机性使得通过测量量子信号源获得的随机数具有天然的随机性，这一特性不受初始条件和环境的影响，因此，量子随机数是一种安全的真随机数。受到经典噪声和内部器件的非理想性等因素的影响，QRNG产生的量子随机数会存在分布不均匀、偏置和冗余等缺陷，需要通过数据后处理才可作为符合理想真随机数特征的量子真随机数。

相关技术中，通常采用基于托普利兹(Topelitz)矩阵的后处理方法，这种后处理方法可以降低随机数序列的偏置，并减小原始随机数序列的自相关性，从而提高随机数序列的随机性。但是，为了保证处理后的随机数序列的随机性，这种后处理方法在处理原始随机数序列时的计算复杂度往往过高，导致随机数发生器的输出效率较低。

发明内容

本申请提供一种量子随机数的高效后处理方法、装置及量子随机数发生器，可用于解决在相关技术中后处理方法在处理原始随机数序列时的计算复杂度往往过高，导致随机数发生器的输出效率较低。

一方面，本申请提供一种量子随机数的高效后处理方法，该方法包括：

获取模数转换器ADC码值序列，所述ADC码值序列包括N个随机数，所述N为正整数；

将所述ADC码值序列划分为多个子序列，所述子序列包括M个随机数，其中，相邻子序列至多包括M-1个在所述ADC码值序列中同位的随机数，且各组相邻子序列同位的随机数的个数相同；

根据各个子序列的累计值，确定第一随机数序列，所述第一随机数序列中的各个随机数为所述各个子序列的累计值，所述累计值为对应子序列中各随机数的累加值；

根据预先设定的托普利兹矩阵，提纯所述第一随机数序列。

在一个可能的设计中，所述根据各个子序列的累计值，得到第一随机数序列，包括：

根据如下关系式确定子序列的累计值

其中，y_j为第j个子序列的累计值，x_i为所述第j个子序列中的第i个随机数，M为所述子序列中随机数的预设个数，l为大于1的正整数；