潘建偉團隊首次實現器件無關的量子隨機數有什麼重大意義?

清明的星空


在中科大60校慶週年校慶之際,潘建偉院士等人、中科院上海微系統所和日本NTT基礎科學實驗室合作,9月20日在《自然》雜誌上發表了一篇與器件無關的量子隨機數生成研究,以此作為科大校慶禮物。



很多人首次聽到量子隨機數都會感到陌生,但是如果說隨機數,估計大部分就知道了。特別是編過程序的人,直接調用rand()函數就可以產生一個0-2147483647之間的一個隨機數值。而我們買彩票選擇機選,本質上也是讓機器在00-33之間取一個隨機數值。那麼,問題來了,rand()函數和機選彩票產生的是真正意義上的隨機數嗎?



答案是不是,這些隨機數都是通過一個算法計算出來的。這個算法可以是基於概率分佈函數,可以是基於取軟件某個時刻的某個數值、也可以是基於取機器的某個物理狀態。總之,算法的初始輸入階段是需要輸入一個確定的值的。而這個值,則是和機器的物理構造和運行狀態以及指令集相關。所以,這種形式產生的隨機數只要取得函數算法,就完全可以計算隨機數結果並進行破解。這並不是真正的隨機數,這樣的隨機數也不安全,很容易被動手腳。



故而,潘建偉院士等人則利用量子糾纏的內稟隨機性,在國際上首次成功實現與器件無關的量子隨機數。這種隨機數完全和傳統的隨機數不同,它不依賴機器,不依賴算法,完全是利用量子物理的不確定性規律。故而,即便是你利用未授權的機器或者各種設備,都無法偽造結果或進行破解。可以說,這是真正的隨機數,安全性非常高。故而,從應用和學術研究意義上來講,這篇文章被自然雜誌發表,足以說明其份量。



而從現實應用上來講,這項成果這有望在數值模擬、密碼學等領域得到廣泛應用。特別是對於制訂新的隨機數國際通用標準,十分有意義。美國國家標準與技術研究院(NIST)正計劃利用器件無關的量子隨機數產生器建立新一代的隨機數國際標準。如果我們不早做出來,則在標準的制訂方面,會沒有發言權。就像手機的2G,3G,4G,5G通信標準,只有你技術有了,才會有機會制訂一個全球都通用的標準。而這,以往可都是掌握在美國手中,我們幹什麼都得聽他們的標準。所以這次,我們走在了前面。


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這還真的沒有意義!

我們平常用的Rand()函數,稱為偽隨機函數,它是幹什麼用的呢?

當我們把信息表達矩陣與偽隨機矩陣相乘,生成後的矩陣如果被別人截獲,一班低手很難還原初始信息,但高手仍然可以用迴歸分析法得出加密規則與初始信息!

這個所謂的不可控量子隨機數,只具有哲學上的意義,它意味著什麼呢?

加密者自己無法還原初始信息!

但是呢?

如果我得到密文,那麼它就一個不能再改變的電腦磁盤文件,只要我截獲的密文足夠多,仍然可以用迴歸分析法得初始信息!

綜上所述

假如那個不可控制量子加密是真實的,只能是他自己無法使用,他人仍然能獲取信息!


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