論文の概要: Parallel and real-time post-processing for quantum random number generators
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2403.19479v1
- Date: Thu, 28 Mar 2024 15:05:39 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-03-29 15:54:24.434029
- Title: Parallel and real-time post-processing for quantum random number generators
- Title（参考訳）: 量子乱数生成器の並列・リアルタイム後処理
- Authors: Xiaomin Guo, Fading Lin, Jiehong Lin, Zhijie Song, Yue luo, Qiqi Wang, Yanqiang Guo,
- Abstract要約: 本研究では、FPGAにおける複数シードリアルタイム更新トエプリッツハッシュ抽出器の並列およびリアルタイム実装について検討し、並列QRNGを実現する。
高性能ADCを用いて,20Gbpsを超えるランダム数生成率を得た。
これは、チップベースの並列QRNGへの重要なステップであり、信頼性、デバイス非依存、セミデバイス非依存のシナリオにおけるCVQRNGの実用性を高めている。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.864108266054829
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum systems are particularly suited for generating true randomness due to their inherent unpredictability, which can be justified on physical principles. However, practical implementations of Quantum RNGs (QRNGs) are always subject to noise, or uncontrollable influences, diminishing the quality of raw randomness produced. This necessitates post-processing to convert raw output into genuine randomness. In current QRNG implementations, the critical issue of seed updating is often overlooked, risking security vulnerabilities due to increased security parameters when seeds are reused in post-processing, and frequent seed updates fail to yield net randomness, while reusing seeds relies on the assumption that the original sequence inputs are independent.In this work, we have provided a specific scheme for seed updates that balances practicality and security, exploring the parallel and real-time implementation of multiple seed real-time updating toeplitz hash extractors in an FPGA to achieve parallel QRNGs, focusing on efficient hardware computation resource use. Through logic optimization, we achieved a greater number of parallel channels and a post-processing matrix size three times larger than previous works on the same FPGA platform, utilizing fewer logic resources. This resulted in a higher rate of random number generation and enhanced security. Furthermore, with the use of higher-performance ADCs, we attained a random number production rate exceeding 20Gbps.High-speed random number transfer and seed updating were achieved using the PCIe high-speed interface.This marks a significant step toward chip-based parallel QRNGs, enhancing the practicality of CV QRNGs in trusted, device-independent, and semi-device-independent scenarios.
- Abstract（参考訳）: 量子系は、物理原理に基づいて正当化できる固有の予測不可能性のために、真のランダム性を生成するのに特に適している。
しかし、QRNG(Quantum RNGs)の実践的な実装は、常にノイズや制御不能な影響を受け、生のランダムさの質を低下させる。
これは後処理が必要であり、生の出力を真のランダム性に変換する。
現在のQRNG実装では、シード更新の重大な問題はしばしば見過ごされ、種子が後処理で再利用される際のセキュリティパラメータの増大によるセキュリティ上の脆弱性のリスクが指摘され、種子の頻繁な更新がネットランダム性をもたらすことはなく、種子の再利用は、元のシーケンス入力が独立であるという仮定に依存している。本研究では、複数のシードリアルタイム更新トエプリッツハッシュ抽出器をFPGAで並列かつリアルタイムに実装し、ハードウェア計算資源の効率的な利用に焦点を当てた、種子更新の具体的なスキームを提供してきた。
論理最適化により,論理資源の少ないFPGAプラットフォームにおいて,並列チャネルの数が増加し,処理後行列サイズが従来の3倍になった。
その結果、乱数生成の速度が向上し、セキュリティが強化された。
さらに,高性能ADCを用いて20Gbpsを超える乱数生成率を実現し,PCIeの高速インタフェースを用いて高速な乱数転送とシード更新を実現し,信頼性,デバイス非依存,半デバイス非依存のシナリオにおけるCVQRNGの実用性を高めるために,チップベースの並列QRNGへの重要な一歩を踏み出した。
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