量子随机数生成控制方法及量子随机数生成装置与流程

1.本发明涉及量子通信设备领域，具体涉及一种量子随机数生成控制方法及量子随机数生成装置。


背景技术：

2.量子随机数是一种真随机数，原理基本上是基于量子特性。产生方式包括基于真空涨落噪声、基于相位噪声、基于led噪声、基于sled 噪声等，激光器产生的脉冲光的相位噪声通过光纤干涉仪干涉后再转换成幅度的方式给光电探测器进行探测，从而产生随机数。
3.在基于相位噪声产生量子随机数的过程中，前脉冲光与后脉冲光在干涉时产生各种幅度不同的脉冲光。前脉冲光与后脉冲光的位置由干涉仪对齐，但是脉冲光在被模数转换器采样时，需要使用延时芯片来调整光源的发光位置或者模数转换器的采样位置。当脉冲光与采样位置对齐时，才能正常采样。该方案存在的缺陷是：由于延时芯片的属性特征，其在工作温度发生变化时，延时位置也会发生较大改变，探测到的数据值不精确，不能有效采样脉冲光信号，导致量子随机数生成装置的性能较差，并且延时芯片的价格较高，提高了成本。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供了一种量子随机数生成控制方法及量子随机数生成装置，用以解决现有技术存在的性能差、成本高的缺陷。
5.为了实现上述目的，第一方面，本发明实施例提供的量子随机数生成控制方法包括以下步骤：将脉冲光信号的占空比调整至设定的阈值。
6.将脉冲光信号之间的干涉周期调整至设定的阈值。
7.将脉冲光信号的采样位置调整至干涉后的光脉冲光信号的中间位置。
8.根据调整后的脉冲光信号的采样位置，对所述脉冲光信号进行采样并基于采样得到的脉冲光信号，生成量子随机数。
9.作为第一方面一个优选的实施方式，将脉冲光信号的占空比调整至设定的阈值包括：在发光周期不变的情况下，持续增加光源发出的脉冲光信号的脉冲宽度，直至所述脉冲光信号的占空比达到设定的阈值。
10.作为第一方面一个优选的实施方式，将脉冲光信号的占空比调整至设定的阈值包括：在脉冲宽度不变的情况下，持续降低光源的发光周期，直至所述脉冲光信号的占空比大于设定的阈值。
11.作为第一方面一个优选的实施方式，将脉冲光信号之间的干涉周期调整至设定的
阈值包括：持续增加光纤干涉仪的臂长差，直至脉冲光信号之间的干涉周期为5t，其中，t为光源的发光周期。
12.作为第一方面一个优选的实施方式，将脉冲光信号的采样位置调整至干涉后的光脉冲光信号的中间位置包括：增加光源与光电探测器之间光路的光纤长度，使得脉冲光的采样位置对准干涉后的光脉冲光信号中间位置。
13.作为第一方面一个优选的实施方式，增加光源与光电探测器之间光路的光纤长度包括：在设定的时间段内，实时判断是否未探测到脉冲光信号，若是，则将光源与光电探测器之间光路的光纤延长0.5tc/n的长度，其中，t为光源的发光周期，c为光在光纤中的传播速度，n为光在光纤中的折射率。
14.第二方面，本发明实施例提供的量子随机数生成装置包括光源、干涉仪、光电探测器、模数转换器及数据处理器，其中，所述量子随机数生成装置采用上述第一方面所述的量子随机数生成控制方法实现。
15.第三方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行上述第一方面所述的方法。
16.第四方面，本发明实施例提供了一种电子设备，所述电子设备包括：处理器；用于存储所述处理器可执行指令的存储器；所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述指令以实现上述第一方面所述的方法。
17.本发明实施例提供的量子随机数生成控制方法及量子随机数生成装置具有以下有益效果：（1）通过提高脉冲光信号的占空比，提高了脉冲光信号被探测的概率，能够有效采样干涉后的脉冲光信号；（2）通过增加光源与光电探测器之间光路的光纤长度，进一步提高了脉冲光信号被探测的概率，能够有效采样干涉后的脉冲光信号；（3）通过将脉冲光信号之间的干涉周期调整至设定的阈值，使得产生干涉的脉冲光信号之间的相位相关性下降，提高了量子随机数的随机性，量子随机数不易被外界破解，安全性及可靠性较高；（4）无须采用延时芯片及其他延时控制方式，避免了因延时漂移带来的各种稳定性问题，提高了量子随机数生成装置的性能，且延时芯片成本较高，降低了量子随机数生成装置的成本。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这
些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明实施例提供的量子随机数生成控制方法流程示意图；图2为本发明实施例提供的量子随机数生成装置结构示意图；图3为本发明实施例提供的为电子设备的结构示意图。
具体实施方式
20.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.实施例1如图1所示，本发明实施例提供的量子随机数生成控制方法包括如下步骤：s101，将脉冲光信号的占空比调整至设定的阈值。
22.在一种可能的实现方式中，该步骤具体包括：在发光周期不变的情况下，持续增加光源发出的脉冲光信号的脉冲宽度，直至脉冲光信号的占空比达到设定的阈值。
23.具体地，可以通过改变控制器发出的光源驱动信号，来调整（增加或减少）光源发出的脉冲光信号的脉冲宽度。
24.在一种可能的实现方式中，该步骤还可以具体包括：在脉冲宽度不变的情况下，持续降低光源的发光周期，直至脉冲光信号的占空比大于设定的阈值。
25.具体地，可以通过改变控制器发出的光源驱动信号，来调整（降低或提高）光源的发光周期。占空比为脉冲宽度与发光周期的比值，通过增加光源发出的脉冲光信号的脉冲宽度或降低光源的发光周期，来提高脉冲光信号的占空比。该占空比越大，脉冲光信号被有效采样的概率就越大，当脉冲光信号的占空比大于或等于95%时，一般无须要求模数转换器的采样位置对准脉冲光信号即可对脉冲光信号进行有效采样。
26.s102，将脉冲光信号之间的干涉周期调整至设定的阈值。
27.在一种可能的实现方式中，该步骤还可以具体包括：持续增加光纤干涉仪的臂长差，直至脉冲光信号之间的干涉周期达到设定的阈值。其中，干涉周期，n为光在光纤中的折射率，为光纤干涉仪的臂长差，c为光的传播速度。
28.具体地，干涉周期t1为2束脉冲光信号从产生到发生干涉时的时间间隔，光纤干涉仪的臂长差越大，干涉周期t1的值就越大。理论上来说，干涉周期t1越大越好，但是综合仿真和实验表明，当干涉周期处于[3t，5t]范围内时，得到的量子随机数即安全又可靠，其中，干涉周期t1的最优值为5t，其中，t为光源的发光周期。当t1《5t时，由于产生干涉的脉冲光信号之间的相位相关性较大，生成的量子随机数的安全性较低；当t1》5t时，光纤干涉仪的臂长差过长，生成的量子随机数的可靠性较差。即正常情况下，干涉周期为t，即两个前后相邻的脉冲光信号（即第一脉冲光信号与第二脉冲光信号）之间发生干涉；当干涉周期t1为5t时，
第一脉冲光信号与第六脉冲光信号之间发生干涉，由于第一脉冲光信号与第六脉冲光信号之间的相位相关性较小，所以生成的量子随机数的安全性较高。
[0029]
s103，将脉冲光信号的采样位置调整至干涉后的光脉冲光信号的中间位置。
[0030]
在一种可能的实现方式中，该步骤还可以具体包括：增加光源与光电探测器之间光路的光纤长度，使得脉冲光的采样位置对准干涉后的光脉冲光信号中间位置。
[0031]
在一种可能的实现方式中，增加光源与光电探测器之间光路的光纤长度可以具体包括：在设定的时间段内，实时判断是否未探测到脉冲光信号，若是（即脉冲光信号在该时间段内一直处于波谷期），则将光源与光电探测器之间光路的光纤延长0.5tc/n的长度，其中，t为光源的发光周期，c为光在光纤中的传播速度，n为光在光纤中的折射率，此时，脉冲光信号由波谷期转换为波峰期，以避免出现当将脉冲光信号的占空比提高至95%以上时，无法对脉冲光信号进行有效采样的情况。
[0032]
具体地，如图2所示，可以增加光源与光纤干涉仪之间光路的光纤长度，也可以增加光纤干涉仪与光电探测器之间光路的光纤长度。
[0033]
s104，根据调整后的脉冲光信号的采样位置，对该脉冲光信号进行采样并基于采样得到的脉冲光信号，生成量子随机数。
[0034]
特别地，步骤s101-s103之间没有严格的先后顺序关系限制。
[0035]
如图2所示，本发明实施例提供的量子随机数生成装置包括光源、干涉仪、光电探测器、模数转换器及数据处理器，其中，该量子随机数生成装置采用上述第一方面所述的量子随机数生成控制方法实现。
[0036]
实施例3图3是本发明一示例性实施例提供的电子设备的结构。如图3所示，该电子设备可以是第一设备和第二设备中的任一个或两者、或与它们独立的单机设备，该单机设备可以与第一设备和第二设备进行通信，以从它们接收所采集到的输入信号。图3图示了根据本发明公开实施例的电子设备的框图。如图3所示，电子设备包括一个或多个处理器401和存储器402。
[0037]
处理器401可以是中央处理单元（cpu）或者具有渗透数据处理能力和/或指令执行能力的其他形式的处理单元，并且可以控制电子设备中的其他组件以执行期望的功能。
[0038]
存储器402可以包括一个或多个计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器（ram）和/或高速缓冲存储器（cache）等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器（rom）、硬盘、闪存等。在所述计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序指令，处理器401可以运行所述程序指令，以实现上文所述的被公开的各个实施例的软件程序的对历史变更记录进行信息挖掘的方法以及/或者其他期望的功能。在一个示例中，电子设备还可以包括：输入装置403和输出装置404，这些组件通过总线系统和/或其他形式的连接机构（未示出）互连。
[0039]
此外，该输入装置403还可以包括例如键盘、鼠标等等。
[0040]
该输出装置404可以向外部输出各种信息。该输出设备404可以包括例如显示器、
扬声器、打印机、以及通信网络及其所连接的远程输出设备等等。
[0041]
当然，为了简化，图3中仅示出了该电子设备中与本发明公开有关的组件中的一些，省略了诸如总线、输入/输出接口等等的组件。除此之外，根据具体应用情况，电子设备还可以包括任何其他适当的组件。
[0042]
实施例4除了上述方法和设备以外，本发明公开的实施例还可以是计算机程序产品，其包括计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本发明公开各种实施例的渗透数据标注、封装及获取方法中的步骤。
[0043]
所述计算机程序产品可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明公开实施例操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如java、c++等，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。
[0044]
此外，本发明公开的实施例还可以是计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书上述“示例性方法”部分中描述的根据本发明公开各种实施例的渗透数据标注、封装及获取方法中的步骤。
[0045]
所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子（非穷举的列表）包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器（ram）、只读存储器（rom）、可擦式可编程只读存储器（eprom或闪存）、光纤、便携式紧凑盘只读存储器（cd-rom）、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
[0046]
以上结合具体实施例描述了本发明公开的基本原理，但是，需要指出的是，在本发明公开中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本发明公开的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本发明公开为必须采用上述具体的细节来实现。
[0047]
本说明书中各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似的部分相互参见即可。对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
[0048]
本发明公开中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具 有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里
所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
[0049]
可能以许多方式来实现本发明公开的方法和装置。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明公开的方法和装置。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本发明公开的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本发明公开实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本发明公开的方法的机器可读指令。因而，本发明公开还覆盖存储用于执行根据本发明公开的方法的程序的记录介质。
[0050]
还需要指出的是，在本发明公开的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明公开的等效方案。提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本发明公开。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本发明公开的范围。因此，本发明公开不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
[0051]
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本发明公开的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、调整、添加和子组合。
[0052]
可以理解的是，上述方法及装置中的相关特征可以相互参考。另外，上述实施例中的“第一”、“第二”等是用于区分各实施例，而并不代表各实施例的优劣。
[0053]
以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。
[0054]
需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。