完全随机数的产生与应用

完全随机数的产生与应用

一、完全随机数的生成及应用(论文文献综述)

康步荣,张磊,张蕊,孟欣宇,陈桐[1](2021)在《抗随机数后门攻击的密码算法》文中研究说明迄今为止,大多数密码原语的安全性都依赖于高质量的不可预测的随机数.密码学中,通常用伪随机数生成器(pseudorandom number generator,简称PRNG)生成随机数.因此,密码算法中所用的PRNG的安全性将直接影响着密码算法的安全性.然而,近年来,越来越多的研究结果表明:在实际应用中,很多人为因素会导致PRNG生成的随机数是不随机或可预测的,称这种不安全的PRNG为有后门的PRNG(backdoored pseudorandom number generator,简称BPRNG).BPRNG最典型的例子是双椭圆曲线伪随机数生成器(dual elliptic curves pseudorandom number generator,简称Dual EC PRNG),其算法于2014年被曝出存在后门.BPRNG的出现,使密码算法的研究面临着新的挑战.因此,研究抗随机数后门攻击的密码算法显得尤为重要.首先概述了抗随机数后门攻击密码算法的研究背景,然后着重对已有抗随机数后门攻击密码算法进行了总结和梳理.

叶少宸[2](2021)在《区块链中基于安全多方计算的可验证拜占庭容错共识机制的研究》文中研究指明

许世蓉[3](2021)在《随机分布反馈半导体激光器非线性动力学及其应用特性研究》文中提出本文在介绍半导体激光器(SL)混沌产生及其应用研究现状基础上,针对混沌保密通信安全及加密数据传输速率提升等问题,提出并数值研究了基于随机分布反馈(RDF)的单向耦合SLs(UCSLs)新方案;进一步提出基于随机光注入的互耦SLs(MCSLs)新结构,不仅很好地抑制了时延特征(TDS),同时有利于增强系统输出带宽。此外,研究了基于随机注入MCSLs方案生成200 Gbits/s双通道高速物理随机数序列的可行性。最后,提出了基于RDF-SL非线性动力学的储备池计算(RC)系统并数值研究了其时间序列预测性能。具体工作与创新点总结如下:(1)提出基于RDF-UCSLs的混沌产生新方案。该方案可同时实现TDS抑制和带宽增强。为展示其优势,与基于单反射镜反馈(SRF)条件下的UCSLs进行了比较研究。讨论了系统参数对TDS抑制(利用特征时间尺度下的自相关函数(ACF)和排列熵(PE)进行表征)和输出带宽的影响。结果表明:对于SRF-UCSLs系统,仅当注入强度较小时可获得较好的TDS抑制,而当注入强度超过一定值后,由于注入锁定作用,从SL的TDS明显恶化。这使得SRF-UCSLs系统中从SL在低TDS区域的带宽通常较小。与之相比,RDF-UCSLs系统中,从SL可以在更大的注入强度范围内抑制TDS,其带宽可达到~24 GHz。(2)提出基于随机光注入MCSLs的高质量混沌产生新结构。研究了系统参数(包括频率失谐、注入强度和偏置电流)对TDS抑制和混沌带宽的影响。结果表明:在适当的耦合强度下,可以在较大的失谐量下获得带宽的增强;随着偏置电流的增加,具有较大带宽(>20 GHz)的参数区明显增大,而TDS(<0.1)参数优化区域没有明显缩小。在优化的参数区域,系统可以同时实现带宽增强(>20 GHz)和TDS抑制的双通道混沌输出。(3)验证了利用随机光注入MCSLs产生双通道高速物理随机数的可行性。由于一定条件下随机注入MCSLs具有较高的带宽、良好的TDS抑制和非常弱的互相关(CCF),经后处理(采样、选取最低有效位、以及延时异或),生成的随机比特序列具有很低的统计偏置量与ACF(0延时除外)。对于所选系统参数,两个SLs生成的二进制序列均通过了NIST所有测试标准,单通道速率为200 Gbits/s(=50 Gs/s×4 LSB)。由于生成的随机比特序列几乎完全消除了互相关,通过将两个SLs产生的随机数进行交叉组合,该系统具有产生400 Gbits/s超高速物理随机数的潜力。(4)提出基于RDF-SL非线性动力学的RC系统新方案。研究了系统参量,即采样周期、注入电流、注入强度、反馈强度、频率失谐及尺度因子对时间序列预测任务的影响。结果表明:优化参数总位于分岔点边缘附近;预测性能良好的范围主要位于负失谐区域;经参数优化,由于所提方案具有较丰富的节点状态,该系统可实现较低的归一化均方误差(NMSE)和较好的预测性能。

朱梦林[4](2021)在《硅基真空态量子随机数发生器的关键技术研究》文中研究表明量子随机数发生器通过利用量子力学中不确定原理的非确定性物理过程,可在理论上生成不可预测和不可复制的随机数,能够保障重要信息的安全,因此被广泛应用于信息安全领域中。其中基于真空态的连续变量量子随机数发生器的量子态易制备,探测装置简单,生成速率高,且不容易被潜在攻击者所控制,安全性强。近年来,基于真空态的连续变量量子随机数发生器经过快速发展,正在逐步走向商用化。然而,由分立的光学器件构成的真空态量子随机数发生器在尺寸上很难集成到其它复杂的系统中,并且成本高,功耗大和不稳定等问题严重限制了其在实际场景中的应用。与普通光学系统相比,集成光路具备很多优点,比如信号带宽大,尺寸小,重量轻,功耗小,成本低,保密性强等,其中绝缘体上硅与互补金属氧化物半导体兼容,是一个良好的集成平台。同时,经过不断更迭,许多基于硅基光电子技术的光学器件已经被一一实现,因此结合集成电路将真空态量子随机数发生器集成在绝缘体上硅的想法变得不再遥不可及。但是,在实际实现时仍然存在一些技术难题,比如系统中的噪声控制、硅基芯片的引线键合以及激光与芯片之间的耦合等。为了研究并解决实际实现时面临的一些技术难题,本论文主要工作及创新成果如下:1、在实验室建立了一套基于硅基芯片的真空态量子随机数发生器系统,其中硅基芯片面积不到1平方厘米。在通过调研和实验研究后,本实验首先采用引线键合和夹层PCB的方式解决硅基芯片与跨阻放大器的连接难题,并降低由于连接引入的噪声,使得该噪声不影响信号的测量。随后,根据硅基芯片上的量子随机数发生器方案优化跨阻放大器的电路结构,使得芯片上的多个真空态量子随机数发生器方案可共用一个跨阻放大器,防止因集成器件损坏而导致实验终止的问题,同时可有效利用跨阻放大器。最后,在量子随机数发生器系统的基础上,通过使用裸纤、任意信号发生器和强度调制器构建了一个判断激光是否耦合进芯片的方案,解决了激光耦合的问题。2、在实验中,通过对系统不断进行调试优化后,系统运行趋于稳定。经测量,硅基真空态QRNG的散粒噪声与电噪声比为11dB,最小熵可达8.5bit。随后,本文使用Toeplitz算法对原始数据进行了随机提取,提取速率可达340Mbps,并且提取后的随机序列通过了所有NIST检验。

吕品[5](2021)在《辐射-对流耦合作用下含内热源煤岩多孔介质温度分布规律》文中进行了进一步梳理煤矿内因火灾主要发生在采空区,高温点是采空区自然发火的前兆或火区所发出的关键信息。由于采空区或火区内多为煤岩多孔介质结构,基于反演技术识别并定位多孔介质内部高温点,可以有效地降低煤矿自燃火灾的风险,而此技术的前提是充分掌握煤岩多孔介质内部及边界的温度分布规律。由于多孔介质内部孔隙结构复杂多变,在复杂的火区现场条件及有限的测试条件下,实验方法很难获得火区内部温度分布规律,而通过数值模拟方法则可以弥补这一不足。因此,基于采用数值模拟方法获取含内热源多孔介质温度分布这一前提,本文对多孔介质热辐射传输求解方法、多孔介质辐射-对流耦合传热数值模拟方法及含内热源煤岩多孔介质温度场分布规律进行了研究。首先,对比分析现有的多孔介质流、固(空气-煤岩)传热模型和热辐射传输求解方法。当模拟流、固两相之间能量交换考虑热辐射作用时,采用流、固两相的局部非热平衡传热模型获得符合实际的固相温度分布,可为蒙特卡洛热辐射传输的准确求解提供保障。另外,通过对比热辐射传输求解方法,发现针对煤岩多孔介质这种光学厚度较大且内部几何形状复杂的介质,采用蒙特卡洛方法求解多孔介质内部热辐射传输可以获得符合实际的计算结果。因此,采用局部非热平衡传热模型和蒙特卡洛热辐射传输求解方法相结合的数值模拟方法,可以合理模拟煤岩多孔介质内的对流换热和辐射传热过程。其次,基于蒙特卡洛法对多孔介质固相的热辐射传输过程进行求解,编制相应的热辐射传输求解程序模块,并对整体模型作分区处理,实现多分区并行计算。在此程序基础上,分析光子数量以及网格数量对蒙特卡洛热辐射传输求解模块求解精度的影响,结果表明随着光子数量或网格数量的增加,辐射传递因子值的分布越来越平顺,以发射单元为中心分布的对称性也更高,但随之产生的计算时间成本也越大。另外,对本文建立的基于局部非热平衡传热模型和蒙特卡洛辐射传输求解方法的辐射-对流耦合换热模拟方法的可靠性进行了验证,发现该方法计算结果与文献实验结果相对吻合,而后对煤岩多孔介质需考虑热辐射效应的临界热源温度展开了分析,结果表明当热源温度在323 K时,纯对流换热的温度分布结果与辐射-对流耦合换热的温度分布结果十分接近,则此温度即为煤岩多孔介质需考虑热辐射效应的临界热源温度。最后,应用基于蒙特卡洛热辐射传输求解方法和局部非热平衡传热模型的耦合传热数值模拟方法,对含内热源条件下,孔隙率、颗粒直径、热源强度及深度对煤岩颗粒堆积的多孔介质堆砌模型的表面及内部温度分布的影响展开分析。结果表明:随着孔隙率或粒径的增大,热源处最终实现的热源温度值逐渐减小,热源在水平和竖直方向的影响范围也趋向于缩小,模型上表面显示出的温升范围逐渐以小幅度缩小,而其上的最高温度值变化不大;随着热源强度增大,热源温度与热源影响范围增大,模型上表面显示出的温升范围和最高温度值也随之增大;随着热源位置变深,热源处温度逐渐增加,模型中温升范围逐渐扩大,热源在水平方向的影响范围趋向于缩小,而在竖直方向的影响范围几乎不变,模型上表面显示出的温升范围随着热源深度的增大逐渐变大,但其上的最高温度值却逐渐下降。本研究验证了含内热源煤岩多孔介质辐射-对流耦合换热模拟方法的可行性,并通过对多种影响因素下的模拟结果的分析,为掌握含内热源煤岩多孔介质内部及边界温度规律提供了一个探索性的认识。由于采空区或火区煤岩多孔介质内换热情况的复杂性,部分影响因素并没有考虑完全,使认识和探索具有一定的局限性,所以未来需在此基础上进行进一步的深入研究,从而为实现矿井安全绿色开采提供更有力的支撑。

张硕[6](2021)在《安全多方计算协议及其应用研究》文中认为技术进步极大地改善了人类的生产生活方式。更多的信息被数字化存储在云端,共享和使用数据变得非常便捷。人类在享受技术革命带来的成果时,也面临隐私泄漏的巨大风险。数据挖掘算法的不断优化,使得更多的隐私信息暴露在公众的视野中。安全多方计算是解决隐私泄漏问题的先进技术手段,能够有效地保护协议参与方的隐私输入。学者们采用安全多方计算设计的方案,实现了丰富的功能,同时保护了用户隐私敏感信息。另一方面,安全多方计算消耗大量的计算和通信资源,这也限制了安全多方计算的应用和普及。在最近的二十年中,安全多方计算研究突飞猛进,学者们在安全理论、计算效率和实用功能方面取得了巨大的长足进步。本文以安全多方计算协议及其应用为研究点,设计满足隐私保护需求、具有实用意义的密码学协议,取得的研究成果如下:首先,利用安全比较协议来构建多用户多关键词公钥可搜索加密算法。安全比较协议能够比较参与方隐私输入的大小,且不泄漏参与方的隐私输入,该性质满足可搜索加密中需要判断云服务器端关键词与用户关键词是否匹配并且不泄漏关键词的需求。本文通过使用单同态加密设计出安全比较协议,该协议中的同态运算满足交换律,则可以实现多关键词叠加并不影响匹配结果的效果。根据此原理,本文设计了计算效率和功能有所权衡的四个方案:能够快速计算的多关键词公钥可搜索加密方案;基于关键词排序的多关键词公钥可搜索加密方案;能够快速计算的多用户多关键词公钥可搜索加密方案;基于关键词排序的多用户多关键词公钥可搜索加密方案。本文所提出的方案适应不同的用户场景,并且随着功能的增加而效率有所降低。与其他方案做对比,本文所提出的方案具有运算速度快,适合轻量设备的特性。其次,基于秘密共享设计广播加密算法,并将其部署在区块链网络中,从而避免叛逆者产生。秘密共享协议是安全多方计算的本原算法之一,其具有安全分发私密值的功能。本文基于线性秘密共享协议设计的广播加密,将包含主私钥部分信息的私密值部署到区块链网络,恢复该私密值需要区块链网络提供协助,从而完成广播加密的解密过程。在此计算过程中,秘密共享份额被具有同态性的运算封装,新的封装后的私密值计算结果恰好是解密需要的部分,不会暴露原始份额,从而不会暴露主私钥的任何信息。与传统的广播加密相比,本文所提出的部署在区块链网络中的基于秘密共享的广播加密方案不再需要发行商,有效的防止解密黑盒存在,且密文、密钥的大小并未明显扩张。最后,利用区块链算力来计算安全多方计算协议,避免区块链的资源浪费,增加安全计算的实用性。工作量证明是区块链一种常见的共识机制。寻找特殊值域的哈希算法的输入,是目前被广泛采用的工作量证明方法。本文提出的方案利用矿工来执行安全计算协议,在此过程中会产生零知识证明协议的证据,该证据保证了安全多方计算的正确性和安全性,同时也能证明矿工所付出的工作量。该设计能够使原本无意义的哈希函数计算变为功能丰富的安全多方计算。本文设计了新交互模式下的安全计算流程、区块链结构、共识机制等,在满足安全多方计算需求的情况下,避免了区块链的资源浪费。

高沁中[7](2021)在《面向计量标准量子随机数产生的量子噪声功率谱校准》文中认为随机数从根本上决定着信息系统的安全,在全球通信安全和金融安全领域起着至关重要的作用。量子随机数的产生基于量子物理的不确定性本质,即量子的内禀随机性,是安全性信息论可证明的真随机数产生方案。在各类量子随机数产生方案中,基于连续变量量子态分量起伏不确定提取随机数的方案因其熵源及测量模型明确、探测系统高带宽、鲁棒性等优势尤具应用前景。对于实际的量子随机数产生方案,系统量子熵含量的严格评估、量子随机数的提取和边信息的有效祛除是所产生量子随机数的安全性的保障。连续变量量子随机数产生方案中,量子平衡零拍探测(homodyne)系统在抑制共模经典噪声的同时基于其本底增益及电子学增益将连续变量量子态的分量起伏噪声放大到宏观水平,进而离散量化产生量子随机数。然而实际的连续变量量子随机数产生系统中,激光模式噪声、探测系统及模数转换的非理想因素都将会给连续变量量子随机数引入边信息,这是连续变量量子随机数产生过程中不可避免的。以往基于连续变量量子态分量起伏不确定性提取量子随机数的方案中,对homodyne探测及光电流信号量化做半理想化假设,而只通过线性增强本底光确定所测为量子态分量噪声。我们的研究面向计量标准的连续变量量子随机数产生,具体工作为连续变量量子随机数产生过程中量子探测噪声功率功率谱的严格校准,这里不对随机数产生各环节做任何理想化假设,而通过测量系统传递函数的方法,在频域校准量子态探测的噪声功率谱。传递函数包含了本底激光强度噪声、分束器非理想平衡、有限CMRR、二极管量子效率、ADC输入输出耦合等系统非理想因素对连续变量量子随机数产生的过量噪声影响,主要完成的工作有:第一,实验研究了真空基连续变量量子随机数的产生与提取、homodyne探测增益对系统量子噪声熵含量的影响、随机变量量化中电子学噪声造成的边信息对量子熵含量的影响,建立了量子随机数产生系统最小熵的表征量化模型。第二,利用拍频法,以拍频信号探测homodyne带宽内一个频率节点的传递函数,通过采集和处理量子随机数产生系统最终输出的时域信号,基于平均周期图法重构拍频节点的功率谱,确定了平均周期图法的最佳窗函数和分段规则。第三,通过控制探针光频率,扫描homodyne探测带宽内各频率节点,以时序信号分别重构出各频率处的系统输入输出函数,与频谱仪探测homodyne系统输出信号功率谱进行对比与校准,初步实现了连续变量量子随机数产生过程中量子探测噪声功率功率谱的严格校准。该项工作面向连续变量量子随机数的安全性计量标准评估,基于熵源测量功率谱的严格校准,进而可以以测量不确定性给出安全参数距离,从而在计量标准约束的前提下去寻求高熵高速的量子随机数提取方案。基于熵源功率谱过量噪声的严格校准,为连续变量量子随机数安全性的计量标准评估奠定了基础。

石飞宇[8](2021)在《在役受损网壳结构抗倒塌可靠度分析》文中指出结构可靠度理论研究表明结构的材料属性、几何属性以及外部作用具有一定的变异性,且这种变异性会影响结构的性能。结构抗倒塌分析一般采用确定性分析方法,这种方法只能做出结构是否破坏的判断。在确定性分析的基础上,引入可靠度相关理论探讨结构的抗倒塌能力有助于更加细化描述结构的失效行为,即倒塌失效概率。本论文中以某一在役双层空间柱面网壳结构为研究对象,采用可靠度理论分析其抗倒塌失效概率。具体完成四项工作:(1)追溯结构倒塌分析方法以及结构失效概率计算方法,探讨结构倒塌分析的备选路径法与蒙特卡罗法结合实现SAP2000抗倒塌可靠度分析扩展程序开发算法的可行性。(2)利用具有强大数值计算与程序开发功能并存的Matlab语言对商用有限元分析软件SAP2000进行二次开发,编制基于Monte Carlo法的SAP2000结构失效概率计算扩展程序。(3)考虑材料与几何双重非线性,对某一在役空间柱面网壳结构进行倒塌分析,确定结构关键构件,寻找这一实际工程结构的倒塌破坏荷载以及破坏形态,为进一步结构抗倒塌可靠度分析奠定基础。(4)考虑结构所承受荷载的随机性与材料属性的变异性,利用自行开发的SAP2000可靠度分析程序计算该结构在随机荷载作用下的失效概率。研究得出以下结论:(1)在众多结构可靠度分析理论中,蒙特卡罗法具有强大的解决隐式功能函数的结构可靠度分析问题,且其可以较好兼容结构抗倒塌分析的备选路径法,本文研究表明蒙特卡罗-备选路径法可用于大跨度空间结构的抗倒塌可靠度分析。(2)本文以蒙特卡罗法为理论基础,采用Matlab编制的SAP2000可靠度分析程序准确可靠,可用于计算复杂结构的抗倒塌失效概率。(3)初始网壳结构具有较好的抗倒塌能力,但是能量因子较大的构件发生破坏有可能会导致结构出现连续性倒塌,由此说明双层空间柱面网壳尽管构件较多,冗余度较大,但是某一关键构件的破坏还是可能会引起结构的倒塌。除此之外,对结构进行多重构件受损后的抗倒塌能力进行评估,发现空间分布特殊的次要关键构件出现成团损伤时对结构抗倒塌性能的影响可能大于能量因子较大的构件成团损伤。(4)可靠度分析过程表明,初始无损的双层柱面网壳结构具备良好的抗倒塌能力,即便出现部分构件成团损伤后仍然具备较强的鲁棒性,随机性分析与确定性分析相互佐证,证明结构具备良好的服役性能与传递荷载能力。此外,本文自编的结构抗倒塌可靠度分析程序可以应用到大型结构的随机性分析当中,但由于程序是借助解释性编程语言Matlab来编写的,分析过程中也是计算机逐条读取代码进行运算,这当中也不可避免的出现一些缺点,比如计算机时与计算精度的矛盾问题,随着分析者对计算精度的要求提高,计算耗时将成倍增长。本文的研究工作进一步丰富空间网格结构抗倒塌可靠度分析内容,为双层空间柱面网壳抗倒塌可靠度分析与相关的SAP2000可靠度扩展分析程序开发提供理论依据与编程参考。

郑子勇[9](2020)在《连续变量源无关量子随机数发生器研究》文中进行了进一步梳理量子随机数发生器利用量子随机过程的内禀随机性进行随机数制备,理论上可生成不可预测的真随机数序列。其中,基于测量真空涨落噪声的连续变量量子随机数发生器具有随机数生成速率高、系统复杂度低、易芯片化集成等优势,在系统产业化等方面优势突出,是近年来量子随机数发生器相关研究的热点。近期,基于测量真空涨落噪声的连续变量量子随机数发生器在系统实现方面不断突破,从最初的平台演示系统走向芯片级系统,并逐步向实际应用探索发展。然而,基于实际非理想器件构建的量子随机数发生器不可避免地存在安全性漏洞,对实际器件进行建模分析并规避它们的影响至关重要。特别地,随机源作为系统中最为复杂的模块,使用者难以提前对其完美建模或监控其是否受窃听者所操控。连续变量源无关量子随机数发生器协议通过信任检测设备,得以放松对随机源设备的安全性要求,从而保证在源设备不可信的条件下仍能制备安全的随机数。当前,连续变量源无关量子随机数发生器聚焦于测量真空涨落噪声方案,采用零差检测和外差检测两种测量系统。其中,基于零差检测的连续变量源无关量子随机数发生器由于其结构较为简洁的优势,近年来受到较多关注。值得注意的是,由于连续变量源无关量子随机数发生器系统的研究开始时间晚,已有实验系统聚焦于提出新的协议,很少考虑协议的实际安全性,因而难以将它们直接推广应用。实际上,系统的实际非理想性所引入的安全性问题是一个亟需分析解决的课题。同时,在保证安全性的前提下,如何提升系统的实时随机数产生速率也极为重要。本文针对实际条件下的连续变量源无关量子随机数发生器所遇到的速率提升问题,实际安全性问题以及系统结构优化问题开展研究,内容包括:1.提出了一种适用于所有量子随机数发生器的随机提取算法,通过优化Toeplitz哈希提取器的实现算法实现在有限计算资源条件下的高速随机提取,有效缓解当前量子随机数发生器在推广到实际应用时所面临的速率瓶颈问题。Toeplitz哈希提取器作为一种已证明的低复杂度且安全性可证的随机提取器,其随机提取速率受到实现复杂度、提取矩阵尺寸、计算平台性能等多方面限制。根据现场可编程门阵列平台有限计算资源、低运算频率、并行计算等特点,设计了流水线型的多模块协同运算算法。同时,在运算模块内部,根据Toeplitz矩阵的特点,通过控制矩阵各列进行异或运算,有效降低了系统实现复杂度和提升了有限计算资源和有限运算频率下的随机提取速率。通过实验,进一步验证了该优化算法支持实现高速安全的随机提取。2.分析了基于零差检测的连续变量源无关量子随机数发生器所面临的两个实际安全性漏洞,包括本振光强度波动问题和模数转换器有限采样区间问题。通过分析这两种安全性漏洞对连续变量源无关量子随机数发生器安全性的影响,提出了一种利用本振光强度波动信息实施随机数信息窃听攻击的方法。进一步地,为规避采样区间外信号所引进的安全性漏洞,修正了已有的基于熵不确定性关系所实现的随机数生成速率评估公式,将可能存在的采样饱和情况考虑到系统的安全性分析中。通过理论分析和数值仿真,定量分析验证了上述两种非理想因素对于实际连续变量源无关量子随机数发生器系统的安全性影响。3.提出了一种适用于零差检测系统的连续变量源无关量子随机数发生器的偏置抑制方案。在实际非对称系统中,测量所得信号中不可避免地会留有偏置,这将会明显抑制系统可支持的本振光强度,并降低系统的随机数产生速率;同时,系统的输出信号中将残留有共模噪声,对实际产生随机数的安全性带来隐患。针对在实际非对称检测系统中的偏置问题,提出了一种全光的偏置消除的方案。进一步地,将其应用于实现无偏置连续变量源无关量子随机数发生器系统。通过优化系统参数,该方案不仅避免了单次测量输出包含多个正交分量的问题,更为分析等强和非等强正交分量对源无关量子随机数发生器性能影响的研究提供支撑。同时,该方案提供了一种直接将基于零差检测的无偏置连续变量源无关量子随机数发生器系统进行芯片集成化的可行方案。

黄伟楠[10](2020)在《真空态量子随机数发生器的实际安全性研究》文中进行了进一步梳理量子随机发生器(quantumrandomnumbergenerator,QRNG)通过测量量子过程的不确定性,能产生不可预测的随机数,是信息安全领域中理想的、安全的随机数源,对于保障国防、金融、政务等领域的信息安全具有重要意义。因此QRNG备受人们青睐,并在近二十年中飞速发展,形成了离散型和连续型两类方案。在连续型方案中,基于零差探测技术测量真空涨落的真空态QRNG,具有真空态易制备、对探测效率不敏感、探测所得变量可量化为多个比特以及结构简单易于系统集成等显着优点而备受关注。QRNG理论上可以产生无法预测的随机数,然而在实际系统中,器件的非理想性会很大程度地降低生成的随机数的随机性,甚至会成为被窃听者利用的安全漏洞,因而QRNG的实际安全性受到了人们的重视。目前,针对真空态QRNG的实际安全性问题,主要研究包括在带宽受限的探测器对随机数相关性的影响以及模数转换器的采样范围和精度对最小熵的影响等。然而在这些研究中,一般假定本振光光源为理想的激光光源,不存在涨落,并且假定零差探测两臂高度平衡。非理想的零差探测以及本振光涨落对真空态QRNG的实际安全性的影响仍缺乏研究。为研究上述实际安全性问题,本论文主要工作及创新成果如下:1、从最小熵基本模型切入,将本振光涨落和非理想的零差探测纳入考虑,理论推导并建立实际最小熵模型。之后通过理论和实验证明了随着分束器透射率的增大,来源于本振光涨落的噪声方差分量以及总噪声方差相应地增大,而源自量子涨落的噪声方差分量则随之减小,即实际最小熵随之减小。这意味着随着零差探测不平衡程度的加大,在计算最小熵时若不考虑本振光噪声的影响,生成的随机序列中将有更多的比特被窃听者所掌握。2、在实验中,本文提出了一种本振光监控方案来计算本振光涨落噪声方差,从而校正真空态QRNG的实际最小熵,最终量子随机数生成速率超过了 350Mbps。此外,本文还对经过后处理的量子随机数进行性能测试,测试结果符合理想真随机数的基本特征。3、为了提高系统的实际安全性,得到安全的量子随机数,本文提出了三种系统实时监控方案,根据实时监控的实际最小熵、安全参数和总噪声方差等关键参数,对最终生成的随机序列进行取舍。并将其中简易可行的方差监控方案用于本研究团队研制的业界前列的高速真空态QRNG样机中。

二、完全随机数的生成及应用(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、完全随机数的生成及应用(论文提纲范文)

(1)抗随机数后门攻击的密码算法(论文提纲范文)

1 抗随机数后门攻击的对称加密算法
    1.1 Kamara-Katz系列对称加密算法
    1.2 需要进一步研究的问题
2 对冲公钥加密算法H-PKE
    2.1 D-PKE算法
    2.2 Rt D算法
    2.3 Pt D算法
    2.4 有待深入研究的问题
3 基于随机性强化的方法
    3.1 N-PKE算法
    3.2 HN-PKE算法
    3.3 Dodis随机数生成算法
    3.4 需要进一步研究的问题
4 其他相关技术
    4.1 算法替代攻击
    4.2 抗盗密密码学
    4.3 逆向防火墙
5 总结与展望

(3)随机分布反馈半导体激光器非线性动力学及其应用特性研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题背景与理论基础
    1.2 混沌
        1.2.1 混沌的基本概念
        1.2.2 混沌的产生途径
    1.3 基于边发射SL的混沌产生研究进展
        1.3.1 光反馈SL的研究进展
        1.3.2 光注入SL的研究进展
    1.4 基于SL非线性动力学的物理随机数产生与光储备池研究进展
        1.4.1 基于SL混沌的高速物理随机数产生研究进展
        1.4.2 基于SL非线性动力学的光储备池研究进展
    1.5 本论文的主要工作
        1.5.1 选题研究意义
        1.5.2 章节安排
2 基于随机分布反馈(RDF)单向耦合SLs(UCSLs)的混沌产生及特性研究
    2.1 RDF-UCSLs理论模型
    2.2 RDF-UCSLs与 SRF-UCSLs的 TDS抑制及带宽特性比较
    2.3 本章小结
3 基于随机光注入互耦SLs(MCSLs)的混沌产生及特性研究
    3.1 基于随机光注入的MCSLs理论模型
    3.2 双通道混沌输出带宽增强和TDS抑制分析
    3.3 使用带宽增强和TDS抑制的混沌输出产生双通道200Gbits/s物理随机数
    3.4 本章小结
4 基于随机分布反馈(RDF)SL的储备池计算(RC)系统特性研究
    4.1 基于RDF-SL的 RC系统理论模型
    4.2 RDF-SL的 RC系统预测性能数值分析
    4.3 本章小结
5 总结与展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间取得的研究成果

(4)硅基真空态量子随机数发生器的关键技术研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 选题背景与研究意义
    1.2 集成化真空态量子随机数发生器国内外研究现状
    1.3 本文研究内容及结构安排
第二章 基于真空散粒噪声的量子随机数发生器
    2.1 量子熵源及特性分析
    2.2 真空态量子随机数发生器基本知识
        2.2.1 随机数生成方案
        2.2.2 量子条件最小熵
        2.2.3 随机数生成速率
    2.3 随机数性能分析
    2.4 本章小结
第三章 硅基真空态量子随机数发生器的实验研究
    3.1 硅基集成的光学器件
    3.2 硅基真空态量子随机数发生器的实验实现
        3.2.1 实验装置
        3.2.2 实验关键技术
    3.3 实验结果和分析
        3.3.1 功率谱密度
        3.3.2 后处理
    3.4 本章小结
第四章 总结与展望
    4.1 工作总结
    4.2 未来工作展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间发表论文情况

(5)辐射-对流耦合作用下含内热源煤岩多孔介质温度分布规律(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 相关研究现状
        1.2.1 煤岩多孔介质传热实验研究现状
        1.2.2 煤岩多孔介质传热数值模拟研究现状
        1.2.3 多孔介质辐射-对流耦合传热数值模拟方法研究现状
        1.2.4 当前研究存在的问题
    1.3 本文研究内容及技术路线
2 多孔介质流、固两相传热模型与热辐射传输求解方法
    2.1 流、固两相传热模型
        2.1.1 两相局部热平衡、非热平衡传热模型
        2.1.2 两相局部传热模型对比
    2.2 热辐射传输求解方法
        2.2.1 辐射传输方程与能量方程
        2.2.2 固相辐射传输求解方法
        2.2.3 固相辐射传输求解方法对比
    2.3 本章小结
3 内热源煤岩多孔介质辐射-对流耦合传热模拟方法
    3.1 热辐射求解的蒙特卡洛方法
        3.1.1 计算原理
        3.1.2 模型分区辐射传输求解
        3.1.3 随机数方法选择及概率模型检验
        3.1.4 光子数量及单元数量影响分析
    3.2 辐射传热-对流换热耦合
        3.2.1 耦合方法
        3.2.2 耦合传热中的辐射传热量计算
    3.3 数值模拟可靠性验证
        3.3.1 辐射传递因子完整性检验
        3.3.2 耦合程序数值模拟可靠性验证
    3.4 文献对比验证
        3.4.1 物理模型及网格
        3.4.2 物性参数及边界条件
        3.4.3 对比验证
    3.5 需考虑热辐射效应的临界热源温度分析
    3.6 本章小结
4 内热源煤岩多孔介质辐射-对流耦合换热温度分布规律
    4.1 模拟条件及测线布置
        4.1.1 模拟条件
        4.1.2 测线布置
    4.2 孔隙率对温度分布规律的影响
        4.2.1 不同孔隙率下热源温度及其影响范围
        4.2.2 上表面温度分布
        4.2.3 不同高度水平层温度分布
    4.3 粒径对温度分布规律的影响
        4.3.1 不同粒径下热源温度及其影响范围
        4.3.2 上表面温度分布
        4.3.3 不同高度水平层温度分布
    4.4 热源强度对温度分布规律的影响
        4.4.1 不同热源强度下热源温度及其影响范围
        4.4.2 上表面温度分布
        4.4.3 不同高度水平层温度分布
    4.5 热源深度对温度分布规律的影响
        4.5.1 不同热源深度下热源温度及其影响范围
        4.5.2 上表面温度分布
    4.6 本章小结
结论
参考文献
致谢

(6)安全多方计算协议及其应用研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
符号对照表
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 安全多方计算的发展历程
    1.3 安全多方计算的研究现状
    1.4 本文主要研究内容和成果
    1.5 本文的组织结构
第二章 基础知识
    2.1 安全多方计算的定义
        2.1.1 安全多方计算
        2.1.2 安全性定义
    2.2 数学与密码学基础
        2.2.1 双线性配对运算
        2.2.2 同态加密
        2.2.3 哈希函数
        2.2.4 秘密共享
        2.2.5 零知识证明
第三章 基于安全比较的公钥可搜索加密方案
    3.1 引言
    3.2 理论基础
        3.2.1 安全比较
        3.2.2 基于同态加密的简单比较协议
        3.2.3 公钥可搜索加密的模型
    3.3 公钥可搜索加密
        3.3.1 无双线性配对运算的公钥可搜索加密
        3.3.2 安全性证明
        3.3.3 交互协议
        3.3.4 隐私分析
        3.3.5 效率分析
    3.4 基于关键词排序的公钥可搜索加密
        3.4.1 基于关键词排序的多关键词公钥搜索加密
        3.4.2 安全性证明
        3.4.3 交互协议
        3.4.4 隐私分析
        3.4.5 性能分析
    3.5 多用户的公钥可搜索加密方案
        3.5.1 多用户无排序功能的公钥可搜索加密方案
        3.5.2 多用户带排序功能的公钥可搜索加密方案
        3.5.3 隐私分析
    3.6 效率总结
    3.7 本章小结
第四章 区块链网络中基于秘密共享的广播加密方案
    4.1 引言
        4.1.1 秘密共享
        4.1.2 区块链网络
    4.2 区块链网络中基于秘密共享的广播加密方案
        4.2.1 广播加密
        4.2.2 安全模型
        4.2.3 秘密共享强化的广播加密方案
        4.2.4 安全性证明
    4.3 协议
    4.4 效率分析
    4.5 本章小结
第五章 区块链上的安全多方计算协议
    5.1 引言
    5.2 安全多方计算与区块链
        5.2.1 安全多方计算
        5.2.2 区块链
    5.3 区块链上的安全多方计算协议
        5.3.1 双链结构
        5.3.2 参与方
        5.3.3 安全多方计算任务发布算法
        5.3.4 安全多方计算任务执行算法
        5.3.5 矿工选择算法
        5.3.6 区块链详情
        5.3.7 共识机制
        5.3.8 激励机制
        5.3.9 区块周期
    5.4 安全证明
    5.5 效率分析
    5.6 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 研究总结
    6.2 工作展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文目录

(7)面向计量标准量子随机数产生的量子噪声功率谱校准(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 物理随机数发生器的研究现状
    1.3 量子随机数发生器研究现状
    1.4 本章小结
第2章 真空基连续变量量子随机数的产生与功率谱校准
    2.1 真空基连续变量量子随机数的产生及提取
    2.2 量子最小熵的量化与评估
    2.3 连续变量量子随机数发生器计量级表征
    2.4 本章小结
第3章 平衡零拍探测系统功率谱的拍频法扫描
    3.1 拍频信号的介绍
    3.2 利用F-P共焦球面扫描干涉仪对拍频信号的监测
    3.3 拍频信号的产生方案
        3.3.1 拍频信号的产生
        3.3.2 拍频信号的实时监测
    3.4 拍频信号波长差和频率差的关系
    3.5 激光器光功率对拍频信号的影响
        3.5.1 干涉信号光强比例对拍频信号幅值的影响
        3.5.2 拍频幅度和光功率的关系
    3.6 本章小结
第4章 周期图法重构平衡零拍探测量子功率谱
    4.1 周期图法介绍
    4.2 平均周期图法处理拍频信号方案
        4.2.1 平均周期图法的介绍
        4.2.2 窗函数的选择
        4.2.3 韦尔奇法中最佳分段数量的选择
    4.3 实测频谱与仿真功率谱对比
    4.4 基于平衡零拍探测系统的频谱测量
    4.5 量子随机数熵源提取
    4.6 本章小结
第5章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
攻读学位期间取得的研究成果
致谢

(8)在役受损网壳结构抗倒塌可靠度分析(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 选题背景与意义
    1.2 抗倒塌可靠度分析研究现状
        1.2.1 结构抗倒塌分析
        1.2.2 结构抗倒塌可靠度分析
    1.3 本文主要研究内容
第2章 空间结构抗倒塌可靠度分析基础理论
    2.1 引言
    2.2 空间结构抗倒塌分析方法
        2.2.1 结构倒塌定义
        2.2.2 备选路径法
        2.2.3 关键构件搜索
        2.2.4 结构倒塌判别准则
        2.2.5 结构抗倒塌设计
    2.3 结构可靠度分析基础理论
        2.3.1 结构可靠度定义
        2.3.2 一次二阶矩法
        2.3.3 响应面法
        2.3.4 蒙特卡罗法
        2.3.5 智能算法与非概率可靠度
    2.4 结构抗倒塌可靠度分析
        2.4.1 结构倒塌失效概率
        2.4.2 蒙特卡罗-备选路径法
        2.4.3 随机数生成理论
    2.5 本章小结
第3章 基于蒙特卡罗法的SAP2000 可靠度分析程序开发
    3.1 引言
    3.2 开发平台简介
        3.2.1 Matlab程序设计语言
        3.2.2 SAP2000 有限元软件
        3.2.3 SAP2000 应用程序接口
    3.3 可靠度分析算法与程序
        3.3.1 可靠度分析算法
        3.3.2 可靠度分析程序
    3.4 程序校核算例
        3.4.1 计算模型
        3.4.2 理论分析
        3.4.3 结果与讨论
    3.5 网壳结构算例
        3.5.1 计算模型
        3.5.2 分析结果
    3.6 本章小结
第4章 基于直接分析法的结构抗倒塌分析
    4.1 引言
    4.2 某工程网壳抗倒塌分析
        4.2.1 网壳结构模型
        4.2.2 直接分析法
        4.2.3 关键构件搜索
        4.2.4 结构抗倒塌分析
    4.3 本章小结
第5章 柱面网壳结构抗倒塌可靠度分析
    5.1 引言
    5.2 结构抗倒塌可靠度分析
        5.2.1 结构随机变量
        5.2.2 初始无损结构抗倒塌可靠度分析
        5.2.3 受损结构抗倒塌可靠度分析
    5.3 本章小结
结论与展望
    结论
    展望
参考文献
附录
致谢

(9)连续变量源无关量子随机数发生器研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 量子随机数发生器研究背景
    1.2 连续变量源无关量子随机数发生器研究现状
        1.2.1 连续变量量子随机数发生器研究现状
        1.2.2 连续变量源无关量子随机数发生器研究现状
        1.2.3 连续变量源无关量子随机数发生器的研究侧重点
    1.3 论文结构安排
第二章 连续变量源无关量子随机数发生器基础知识
    2.1 连续变量源无关量子随机数制备协议基本知识
        2.1.1 光场量子化与正则分量
        2.1.2 高斯态及其协方差矩阵
    2.2 Rényi熵及熵不确定性关系
        2.2.1 Rényi熵
        2.2.2 熵不确定性关系
    2.3 Holevo界及高斯态极值定理
        2.3.1 Holevo界
        2.3.2 高斯态极值定理
    2.4 连续变量源无关量子随机数发生器协议介绍
        2.4.1 基于熵不确定性关系实现连续变量源无关量子随机数发生器
        2.4.2 基于高斯态极值定理实现连续变量源无关量子随机数发生器
    2.5 本章小结
第三章 量子随机数发生器的高速随机提取算法研究与实现
    3.1 常见的随机提取方法
        3.1.1 Von Neumann方法
        3.1.2 逻辑异或操作
        3.1.3 m-LSB操作
    3.2 Toeplitz哈希随机提取器
        3.2.1 基于Universal2哈希函数的随机提取器及其安全性
        3.2.2 Toeplitz哈希随机提取器的既有实现方法
    3.3 基于异或运算的Toeplitz随机提取算法
        3.3.1 算法设计思想
        3.3.2 流水线型多模块并行处理
    3.4 基于异或运算的Toeplitz随机提取算法在FPGA平台上的性能测试
        3.4.1 计算资源
        3.4.2 安全参数
        3.4.3 自相关性测试
        3.4.4 随机性测试
    3.5 本章小结
第四章 连续变量源无关量子随机数发生器实际安全性分析
    4.1 实际非理想因素
        4.1.1 本振光强度波动
        4.1.2 有限采样区间
    4.2 非理想因素对连续变量源无关量子随机数发生器的安全性影响分析
        4.2.1 本振光强度波动对源无关量子随机数发生器的安全性影响
        4.2.2 有限采样区间对源无关量子随机数发生器的安全性影响
    4.3 一种针对本振光强度波动问题的攻击方法
    4.4 一种有限采样区间条件下的随机性评估方法
    4.5 实际非理想因素对随机数生成速率的影响仿真
        4.5.1 本振光强度波动攻击对随机数生成速率的影响仿真
        4.5.2 有限采样区间对随机数生成速率的影响仿真
    4.6 本章小结
第五章 无偏置连续变量源无关量子随机数发生器研究实现
    5.1 连续变量源无关量子随机数发生器的系统偏置
    5.2 连续变量量子随机数发生器中已有偏置抑制技术
    5.3 基于马赫增德尔干涉结构实现系统偏置抑制的方法
    5.4 基于马赫增德尔干涉结构实现无偏置源无关系统的可行性
        5.4.1 多正交分量共存问题
        5.4.2 环境影响问题
    5.5 基于马赫增德尔干涉结构实现无偏置源无关系统
        5.5.1 无偏置连续变量源无关量子随机数发生器的实现结构
        5.5.2 无偏置连续变量源无关量子随机数发生器的系统测试
    5.6 本章小结
第六章 总结与展望
参考文献
致谢
攻读博士期间发表的学术论文和专利

(10)真空态量子随机数发生器的实际安全性研究(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 随机数的研究背景和意义
        1.1.1 随机数的特征及应用
        1.1.2 量子随机数的研究意义
    1.2 随机数发生器的分类
        1.2.1 基本分类
        1.2.2 QRNG主流方案分类
    1.3 真空态QRNG研究进展
    1.4 论文创新点与结构安排
        1.4.1 论文创新点
        1.4.2 结构安排
    1.5 本章小结
第二章 真空态QRNG的基础知识
    2.1 真空量子熵源
    2.2 探测与采样
        2.2.1 零差探测技术
        2.2.2 ADC采样
    2.3 熵评估
        2.3.1 香农熵
        2.3.2 最小熵
    2.4 随机提取
    2.5 随机性检验
    2.6 本章小结
第三章 真空态QRNG原理及其实际安全性理论分析
    3.1 基本原理
    3.2 最坏情况最小熵模型
    3.3 实际最小熵模型
        3.3.1 实际方差基本模型
        3.3.2 非理想的零差探测下本振光涨落的影响
    3.4 仿真结果
        3.4.1 不同透射率下噪声方差分量L和Q的变化
        3.4.2 不同透射率及光功率下总噪声方差的变化
    3.5 本章小结
第四章 真空态QRNG实际安全性实验分析
    4.1 引言
    4.2 实验装置
    4.3 实验结果
        4.3.1 不同透射率下方差的变化
        4.3.2 不同CMRR下系统的实际安全性
        4.3.3 真空态QRNG系统的实际性能
    4.4 系统实时监控方案
        4.4.1 实时可调的Toeplitz矩阵
        4.4.2 安全参数阈值判决
        4.4.3 方差监控
    4.5 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 本文总结
    5.2 未来展望
参考文献
致谢
攻读学位期间取得的研究成果

四、完全随机数的生成及应用(论文参考文献)

  • [1]抗随机数后门攻击的密码算法[J]. 康步荣,张磊,张蕊,孟欣宇,陈桐. 软件学报, 2021(09)
  • [2]区块链中基于安全多方计算的可验证拜占庭容错共识机制的研究[D]. 叶少宸. 北京邮电大学, 2021
  • [3]随机分布反馈半导体激光器非线性动力学及其应用特性研究[D]. 许世蓉. 四川师范大学, 2021(12)
  • [4]硅基真空态量子随机数发生器的关键技术研究[D]. 朱梦林. 北京邮电大学, 2021(01)
  • [5]辐射-对流耦合作用下含内热源煤岩多孔介质温度分布规律[D]. 吕品. 大连理工大学, 2021(01)
  • [6]安全多方计算协议及其应用研究[D]. 张硕. 北京邮电大学, 2021(01)
  • [7]面向计量标准量子随机数产生的量子噪声功率谱校准[D]. 高沁中. 太原理工大学, 2021(01)
  • [8]在役受损网壳结构抗倒塌可靠度分析[D]. 石飞宇. 北京建筑大学, 2021(01)
  • [9]连续变量源无关量子随机数发生器研究[D]. 郑子勇. 北京邮电大学, 2020(01)
  • [10]真空态量子随机数发生器的实际安全性研究[D]. 黄伟楠. 北京邮电大学, 2020(04)

标签:;  ;  ;  ;  ;  

完全随机数的产生与应用
下载Doc文档

猜你喜欢