Способ защиты генератора случайных чисел (гсч) от вмешательств в физический процесс генерации
Владельцы патента RU 2719558:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (RU)
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.
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 Ca,p,q могут быть Ca,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.
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.
