[发明专利]基于混沌放大量子噪声实时高速生成量子随机码的方法

说明书

当前连续变量量子随机数产生速率的瓶颈主要源于两方面限制：量子熵源实际测量中量子熵含量比率低；随机数实时提取后处理速率低；本发明的目的在于提供一种基于混沌放大量子噪声实时高速生成量子随机码的方法，混沌放大量子噪声将显著提高系统量子熵含量，进而并行实现多路量子随机数的广义哈希后处理，实时高速生成量子随机码，本发明将给连续变量量子噪声为熵源的设备无关、部分设备无关、设备可信的量子随机数发生器提供了一种成本集约、扩展性强、集成度高的熵增方案，将有效促进连续变量量子随机数发生器的实用化。

技术领域

本发明涉及一种量子随机数发生器，更具体的说，涉及一种基于混沌放大量子噪声实时高速生成量子随机码的方法。

背景技术

随着信息化时代的到来，信息安全已与人们的生活息息相关，越来越受到国家和政府的重视。因此，一种高品质的、破译难度较大的加密方法，已成为国内外的研究热点。在此背景下，随机数得到了广泛的应用，随机数发生器的研究从未中止过，而且愈演愈烈。特别是真随机数，由于其具有不可预测性和不可复制或再生的优点，受到了国内外学者的重视。近几十年来 ，世界上许多国家在测不准等基本量子力学原理和量子不可克隆提出的量子密钥分发方案已经取得了重要进展，并且在相关领域研究中取得了丰硕的成果，也建立了各自的量子保密通讯网络，在量子密钥分发方案中整个系统的信息论可证明性充当了通讯安全基本保证的角色，为了使整个系统的安全性可证明成立，用于产生密钥的随机数其随机性必须是信息论可证明的。通讯双方各自拥有其本地的真随机数发生器是最安全的方案。

量子随机数最大的特点是其随机性的信息论可证明性，量子随机数的随机性基于量子物理的不确定性本质；在实际的量子保密通讯过程中，安全的随机数除需要具备信息论可证明的随机性，还需具备防范攻击者的能力。因此，量子随机数发生器的研究和应用显的尤为重要。在量子随机数提取过程中，相比于经典噪声，量子噪声应占主导地位，保证探测信号中量子噪声的高占比才可能保证随机数发生器的安全性，同时有效提高量子随机比特生成速率。

另一方面，在保密通信中，为了防止对手利用掌握的信号中经典噪声部分和量子边信息进行攻击，需要对原始量子随机数进行后处理。到目前为止，已经有多种方法来后处理随机数。基于大型Toeplitz矩阵的广义哈希后处理为安全性信息论可证的后处理。面向实际应用，亟需量子随机数的实时高速产生。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于混沌放大量子噪声实时高速生成量子随机码的方法，该发明基于混沌放大量子噪声产生真随机序列，并行实现多路量子随机数的广义哈希后处理，实时高速生成量子随机码。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种基于混沌放大量子噪声实时高速生成量子随机码的方法，基于混沌放大量子噪声提高量子熵源测量中的真随机熵含量，并行实现多路混沌量子子熵源的提取及原始随机数的广义哈希后处理，实时高速生成量子随机码，包括以下步骤：

步骤1. 基于外腔反馈激光器生成混沌光场：DFB激光器发出的激光依次经过偏振控制器、环形器、50/50光纤耦合器、可调衰减器、光隔离器、光纤滤波器形成混沌激光，混沌激光经过第一光纤准直器转变为空间光场平行光，再经过第一半波片入射到第一光学偏振分束器；

步骤2. 建立平衡零拍探测系统，提取混沌激光高频量子模的正交分量起伏噪声作为生成量子随机数的熵源：半导体激光器发出单模连续激光在通过光学器件后，在第二光学偏振分束器后与DFB激光器发出的激光发生相干耦合作为平衡零拍探测的本底光；同时提取混沌激光多个高频边带量子态的分量起伏作为量子随机数产生的子熵源：平衡光电探测器中两个光电探测器转换的两路光电流信号经减法器输出后，又经过功分器分为多路信号输出，射频信号发生器产生的射频信号与功分器产生的光电流信号在混频器上发生混频，混频器输出的信号经低通滤波器滤波，滤波后产生的光电流信号由模数转化器转化为数字信号，获得源于各路子熵源的原始随机数；