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中国量子密码通信安全研究再次拥有重大突破。

时间:2018-11-11 10:45:45 作者:迷迷 来源:51区未解之谜网 手机阅读

不久前,中国科技大学教授潘建伟宣布,独立于器件的量子随机数首次成功实现。利用量子纠缠的本质随机性,这一突破将广泛应用于数值模拟、密码学等领域,有望形成新的随机数国际标准。  

不管是经典密码学还是量子保密通信,都需要实随机数作为保护,在现有的量子保密通信系统中,如果恶意第三方制造的量子随机数装置使用不当,可能会发生随机数的泄漏。根据中国电子技术集团首席专家饶志宏、中国网络信息安全有限公司首席工程师的说法,设备无关是指即使随机数产生系统的部分或全部组件来自来自不信任的手工的恶意设备。演员,它也可以产生真实的随机数,不会泄露。也就是说,系统的安全性与设备的具体情况无关。  

在许多领域中,常常需要通过数值模拟进行计算,而数值模拟的关键是输入大量的随机数。  

例如,在天气预报、新药开发、材料设计、工业设计和核武器开发等领域,经常需要数值模拟,而数值模拟的关键是输入大量的随机数。智能等,我们需要使用随机数来控制系统的演化。在通信安全和现代密码学领域,需要第三方完全未知的随机数作为安全的基础。  

通常有两种方法获得随机数:基于软件的算法或基于经典热噪声。随机数由软件算法实现是使用算法根据输入的随机数种子给均匀分布的输出。然而,对于震慑微型输入,一个固定的算法将给出一个确定性的输出序列。从这一点来看,这样的随机数的性质,不是随机的仍然是决定性的。基于经典热噪声的随机数芯片可以读取当前物理环境噪声并得到相应的随机数,但最终只获得一些米装置矿石难以预测伪随机数。 

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量子力学的发现给了故事的一个新的转折点,因为它的基本物理过程具有内在的随机性,不在经典物理学中发现的,所以,真正的随机数发生器可以产生。  

饶志宏解释说,所谓本征随机性,任何量子态都具有本征随机性,纠缠作为一种特殊的量子态,也不例外。在测量过程中,它将以概率的方式输出其测量的本征值,这在理论上是不可预测的,即本征值。量子随机数发生器是一种基于量子力学原理的新型随机数发生器。它的工作原理是通过观察量子随机噪声来产生不可预测的随机序列。  

随机数系统中的关键器件,如光源和探测器,可能来自国外无法控制的制造商,因此存在潜在的安全隐患。具有科学意义。这些方案可以消除不可信设备引入的安全漏洞,在理论上具有最高的安全级别,也是国际学术界研究的热点。  

通过Bell实验,从根本上消除了局域确定性理论,实现了与器件无关的量子随机数,即与器件无关的量子随机数。  

科学界对量子力学固有的随机性一直存在争论。著名的物理学家如爱因斯坦、薛定谔和温伯格都是反对者。爱因斯坦坚信上帝不会掷骰子。他认为必须有更高的确定性理论。量子力学只是这个理论的一种近似,而量子力学固有的随机性只是由于我们对这个理论的忽视而引起的误解。  

围绕着这个结论,支持者和反对派争论了30年。然而,当时这两个概念都没有给出在实验上可以严格区分的精确预测,所有的论点都局限于哲学层面。直到1964年,贝尔,A.美国物理学家,发现量子纠缠测量是相互关联的,量子力学和局部确定性理论预测了不同的测量。  

潘建伟的团队在以往研究的基础上,长期从事量子力学基础实验,利用观察者自选产生的随机数,对贝尔实验进行了超高损耗实验,并于今年吸引了大批观察者。离子和遥远恒星的发光。该论文先后发表在《物理学》杂志上。  

重要的是,有趣的是,Bell实验能够从根本上消除局部确定性理论,从而实现与器件无关的量子随机数,即与器件无关的量子随机数,这种随机数发生器被认为是最安全的随机数发生器。NDOM号码生成器。即使它使用恶意第三方制造的组件,或者窃听者拥有最强大的量子计算机,它也不能预测或知道它产生的随机数。  

在现有的量子通信系统中,如果量子随机数发生器是自己制造的,或者由可信任的制造商制造,则可以保证其安全性。新的结果保证了即使第三方设备不可信,也能够产生真实的随机数,并且不会泄露,从而保证了通信的安全性。  

为了实现器件无关的量子随机数,必须满足极其苛刻的实验要求,而且技术难度高,因此,目前只适用于基础前沿研究。  

所有的东西看起来都很漂亮,但是很难实现。例如,整套随机数产生装置需要高效率地产生、传输、调制和检测纠缠光子;同时,不同的组件需要设置适当的空间距离给我。设置类空分隔的要求,以保证任何窃听者都不能通过内部通信伪造Bell不等式的最高安全性。  

为了实现与设备无关的量子随机数,我们需要满足极其苛刻的实验要求。饶志红说,由于技术难度高,一旦成功,就会更加科学。  

为了抢占量子保密通信领域的制高点,国际上已经开展了这种随机数发生器的研制,美国国家标准与技术研究所计划使用与器件无关的量子随机数发生器来建立。潘建伟等人经过三年多的努力,终于在世界上首次研制出器件无关的量子随机数发生器。  

然而,安全性和实用性有时是矛盾的。饶志宏说,因为这种方案很难实施,而且要求非常高的环境(例如,超导探测器需要非常低的工作温度),并且由于低随机数gen的缺点。运行速度快,成本高,目前只适用于基础前沿研究,不适合现有技术条件下的实际方案。  

此外,器件独立性不是随机数应用的必要条件,饶志宏认为,如果能够确保所谓的器件相关量子随机数产生方案是基于国内独立可信器件的设计和实现的,这种方案所产生的随机数也具有很高的安全性。  

他介绍,由中国电子科技集团去年公布的随机数发生器的方案是设备相关的量子随机数生成方案的基础上自主信任的设备。它具有低成本和高随机数产生率(随机数产生率达到5.4Gbps)。它是目前在世界上处于领先地位。平是一个切实可行的解决方案很好的选择。潘建伟团队的独立设备的方案具有重要的科学意义,它反映了中国的先进的实验技术的进步。  

潘建伟说,研究结果和后续工作将为密码学、数值模拟和需要随机输入的各个领域提供真正可靠的随机性来源。同时,由于可信随机数源是真实条件下量子通信安全的关键环节,因此实现了与器件无关的随机数实验,进一步保证了真实条件下量子通信的安全性。  

将来,中国科技大学研究小组将开发一种高速稳定的独立于器件的量子随机数发生器,并通过提供基于本征随机数的随机数来努力形成新一代的国际随机数标准。SS和量子纠缠的高安全性。


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