СПОСОБ ЗАЩИТЫ ГЕНЕРАТОРА СЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ (ГСЧ) ОТ ВМЕШАТЕЛЬСТВ В ФИЗИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ГЕНЕРАЦИИ Российский патент 2020 года по МПК H03M7/28 H03M13/01 G06F7/58 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах квантовой связи, телекоммуникационных технологиях и квантового компьютера для проверки качества шумоподобных сигналов в узлах секретных коммуникаций и проверки физической случайности в квантовых генераторах случайных чисел.

Наиболее близким аналогом является способ, описанный в статье:

"A generator for unique quantum random numbers based on vacuum states." Nature Photonics 4.10 (2010): 711. https://doi.org/10.1038/nphoton.2010.197

Известен способ проверки качества случайности автокорреляционной функцией АКФ ("Shift Register Sequences", Holden-Day, San Francisoc, California, 1967) и набор тестов TestU01 (Pierre L'Ecuyer, Richard Simard. TestU01: A C Library for Empirical Testing of Random Number Generators // ACM Trans. Math. Softw.. August 2007. V. 33, N. 4. P. 22:1-22:40), где есть тест "SampleCorr test" (тест на выборочные автокорреляции, построенный на расчете автокорреляционной функции), при котором случайные битовые импульсы мультиплицируются со смещенной последовательностью, и исключаются случайные числа ГСЧ для которых накопленная сумма результирующих импульсов отклоняется за пределы допустимого значения.

Недостатком известного способа является малое количество параметров контроля качества случайных чисел любого формата в отсутствии априорной информации.

Техническая задача заявляемого устройства заключается в добавлении дополнительных параметров контроля и защиты процесса работы физического генератора случайных чисел.

Технический результат заявляемого устройства заключается в повышении секретности и защите от внешних шумов процесса генерации случайных чисел.

Технический результат достигается тем, что сигнал обрабатывается в виде импульса с амплитудой соответствующей последовательности случайных бит, поступающих из ГСЧ, путем нормирования амплитуды импульса, мультипликации с импульсом из любой контрольной последовательности и исключения случайных чисел ГСЧ, для которых накопленная сумма результирующих мультипликаций импульсов отклоняется за пределы допустимого значения.

Пример реализации

Последовательно поступающие данные ГСЧ в виде битов блоками суммируются в числа {}. Контрольная последовательность {} получена смещением {} на t чисел.

Числа {} нормируются по правилу:

.

Числа {} нормируется по правилу:

.

Вычисляются 14 величин для 1 =< p+q =< 4 вида

,

где коэффициенты C_a,p,q могут быть C_a,p,q=(-1)^(p-q).

При отклонении величин от допустимого значения, соответствующая последовательность случайных чисел исключается.

Согласно формуле патента, есть сумма мультипликаций нормированных импульсов случайной последовательности {} с импульсами контрольной последовательности {}.

Способ основан на высокочувствительных непараметрических статистиках, способен работать с данными любого формата (не только двоичными) и осуществлять защиту информации в отсутствии априорной информации о внешних помехах.

Способ защиты случайности тестировался на квантовом генераторе случайных чисел в Казанском квантовом центре КНИТУ-КАИ в рамках гранта “Безопасность оптических и квантовых коммуникаций”, АН РТ 06-36-ц-Г, 2018.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах квантовой связи, телекоммуникационных технологиях и квантового компьютера для проверки качества шумоподобных сигналов в узлах секретных коммуникаций и проверки физической случайности в квантовых генераторах случайных чисел. Технический результат - повышение секретности и защиты от внешних шумов процесса генерации случайных чисел. Для этого сигнал обрабатывается в виде импульса с амплитудой соответствующей последовательности случайных бит, поступающих из ГСЧ, путем нормирования амплитуды импульса, мультипликации с импульсом из любой контрольной последовательности и исключения случайных чисел ГСЧ, для которых накопленная сумма результирующих мультипликаций импульсов отклоняется за пределы допустимого значения.

Способ защиты генератора случайных чисел (ГСЧ) от вмешательств в физический процесс генерации, заключающийся в обработке сигнала в виде импульса с амплитудой соответствующей последовательности случайных бит, поступающих из ГСЧ, путем нормирования амплитуды импульса, мультипликации с импульсом из любой контрольной последовательности и исключения случайных чисел ГСЧ, для которых накопленная сумма результирующих мультипликаций импульсов отклоняется за пределы допустимого значения.