論文の概要: IID-Based QPP-RNG: A Random Number Generator Utilizing Random Permutation Sorting Driven by System Jitter

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.18609v2
• Date: Mon, 24 Mar 2025 15:52:46 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-03-25 14:28:12.053305
• Title: IID-Based QPP-RNG: A Random Number Generator Utilizing Random Permutation Sorting Driven by System Jitter
• Title（参考訳）: IIDに基づくQPP-RNG:システムジッタ駆動のランダム置換ソーティングを利用した乱数発生器
• Authors: Randy Kuang, Dafu Lou,
• Abstract要約: 本研究では,一様,独立,同一分布(IID)のランダム性を実現する暗号乱数生成器を提案する。 システムジッタを用いて、短命なQPPパッドを生成し、置換数から直接8ビット出力を導出し、後処理の必要性をなくす。 IIDベースのQPP-RNGは1バイト当たり7.18ビットのエントロピーを達成し、ID QuantiqueのQRNG (7.157042ビット/バイト)を抜いた。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.8192907805418583
• License:
• Abstract: We propose a groundbreaking random number generator that achieves truly uniform, independent, and identically distributed (IID) randomness by integrating Quantum Permutation Pads (QPP) with system jitter--derived entropy, herein called IID-based QPP-RNG. Unlike conventional RNGs that use raw timing variations, our design uses system jitter solely to generate ephemeral QPP pads and derives 8-bit outputs directly from permutation counts, eliminating the need for post-processing. This approach leverages the factorial complexity of permutation sorting to systematically accumulate entropy from dynamic hardware interactions, ensuring non-deterministic outputs even from fixed seeds. Notably, IID-based QPP-RNG achieves a min-entropy of 7.18 bits per byte, surpassing ID Quantique's QRNG (7.157042 bits per byte), which marks a breakthrough in randomness quality. Our implementation employs a dynamic seed evolution protocol that continuously refreshes the internal state with unpredictable system jitter, effectively decoupling the QPP sequence from the initial seed. Cross-platform validation on macOS (x86 and ARM) and Windows (x86) confirms uniformly distributed outputs, while evaluations compliant with NIST SP 800-90B show a Shannon entropy of 7.9999 bits per byte. Overall, IID-based QPP-RNG represents a significant advancement in random number generation, offering a scalable, system-based, software-only, post-quantum secure solution for a wide range of cryptographic applications.
• Abstract（参考訳）: 本稿では,QPP(Quantum Permutation Pads)をシステムジッタ由来のエントロピーと統合することにより,真の均一性,独立性,等分散(IID)な乱数生成を実現する。 生のタイミング変化を利用する従来のRNGとは異なり、我々の設計ではシステムジッタを用いて短命なQPPパッドを生成し、置換数から直接8ビット出力を導き、後処理の必要性を排除している。 このアプローチは、置換選別の因子的複雑さを利用して、動的ハードウェア相互作用からエントロピーを体系的に蓄積し、固定種子からでも非決定論的出力を保証する。 特にIDベースのQPP-RNGは、ID QuantiqueのQRNG(7.157042ビット)を上回り、1バイト当たり7.18ビットの最小エントロピーを達成する。 本実装では、予測不能なシステムジッタで内部状態を継続的にリフレッシュする動的シード進化プロトコルを用いて、初期シードからQPP配列を効果的に分離する。 macOS (x86とARM) とWindows (x86) のクロスプラットフォーム検証では、一様分散出力が確認され、NIST SP 800-90B に準拠した評価では、一バイト当たり7.9999ビットのシャノンエントロピーを示している。 全体として、IDベースのQPP-RNGは、幅広い暗号アプリケーションに対して、スケーラブルで、システムベースの、ソフトウェアのみの、量子後セキュアなソリューションを提供する、乱数生成の大幅な進歩を示している。

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