論文の概要: Scalable quantum random number generator for cryptography based on the
random flip-flop approach
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2102.12204v1
- Date: Wed, 24 Feb 2021 11:00:22 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-10 01:04:21.560466
- Title: Scalable quantum random number generator for cryptography based on the
random flip-flop approach
- Title（参考訳）: ランダムフリップフロップ法に基づく暗号のためのスケーラブルな量子乱数生成法
- Authors: Mario Stip\v{c}evi\'c, Ivan Michel Antolovi\'c, Claudio Bruschini,
Edoardo Charbon
- Abstract要約: 単一光子アバランシェダイオード(SPAD)における光電効果をランダム性の原因とする量子乱数生成器(QRNG)を提案する。
2つの主要な欠陥のうち、バイアスはハードウェアの欠陥にのみ起因している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.2578844450585998
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: For globally connected devices like smart phones, personal computers and
Internet-of-things devices, the ability to generate random numbers is essential
for execution of cryptographic protocols responsible for information security.
Generally, a random number generator should be small, robust, utilize as few
hardware and energy resources as possible, yet provide excellent randomness at
a high enough speed (bitrate) for a given purpose. In this work we present a
quantum random number generator (QRNG) which makes use of a photoelectric
effect in single-photon avalanche diodes (SPADs) as a source of randomness and
is scalable to any desired bitrate. We use the random flip-flop method in which
random bits are obtained by periodic sampling of a randomly toggling flip-flop.
For the first time we investigate this method in detail and find that, out of
two main imperfections, bias is due only to hardware imperfections while
autocorrelation predominantly resides with the method itself. SPADs are
integrated on a silicon chip together with passive quenching and digital
pulse-shaping circuitry, using a standard 180 nm CMOS process. A separate FPGA
chip derives random numbers from the detection signals. The basic QRNG cell,
made of only two SPADs and a few logic circuits, can generate up to 20 Mbit/s
that pass NIST statistical tests without any further postprocessing. This
technology allows integration of a QRNG on a single silicon chip using readily
available industrial processes.
- Abstract（参考訳）: スマートフォン、パーソナルコンピュータ、インターネット・オブ・シングデバイスのようなグローバルに接続されたデバイスでは、情報セキュリティに責任を持つ暗号プロトコルの実行には、乱数を生成する能力が不可欠である。
一般に、乱数生成器は小さく頑健で、ハードウェアやエネルギー資源は可能な限り少ないが、与えられた目的のために十分な速度(ビットレート)で優れた乱数性を提供する。
本稿では、単一光子アバランシェダイオード(spad)における光電効果をランダム性源として利用し、任意の所望のビットレートにスケーラブルな量子乱数生成器(qrng)を提案する。
ランダムなフリップフロップの周期的なサンプリングによってランダムなビットが得られるランダムなフリップフロップ法を用いる。
この手法を初めて詳細に検討し、2つの主な不完全さのうち、バイアスはハードウェアの不完全さによるものであり、一方、自己相関はメソッド自体に主に存在することを見出した。
spadは、標準180nm cmosプロセスを用いて、パッシブクエンチおよびデジタルパルス整形回路と共にシリコンチップに集積される。
別個のFPGAチップは、検出信号から乱数を導出する。
2つのSPADと数個の論理回路で構成されたQRNGセルは、NIST統計テストに合格する最大20Mbit/sを生成することができる。
この技術は、容易に利用可能な工業プロセスを使用して、単一のシリコンチップ上でqrngを統合することができる。
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