Kvantum alapú véletlenszám-generátorok működési hatékonyságának növelése
A jó minőségű véletlen számok egyre fontosabbak a mai világ kriptográfia rendszereiben, folyamataiban. Az internetes kommunikációtól a kriptovalutákon át egészen az online szerencsejátékig nagy szükség van rájuk. A legelterjedtebb álvéletlenszám-generátorok könnyen elkészíthetőek, de a determinisztikusság problémájával küzdenek. Ezért nagyon fontosak az olyan generátorok, amelyek a természetből eredő véletlenséget használják ki, ezek a valódi véletlenszám-generátorok. Egy változatuk – a kvantum alapú véletlenszám-generátor, QRNG – a kvantumfizika szabályait felhasználva állítja elő a számokat.
Ezek a valódi véletlenséget kihasználó generátorok már kereskedelmi forgalomban is kaphatóak. Nagyon fontos szempont a különböző generátoroknál (legyen az álvéletlen vagy valódi) az előállított számok minősége. Ennek a tulajdonságnak a meghatározásához különböző statisztikai teszteket lehet használni, melyek azt hivatottak megállapítani, hogy a számok, mint bitsorozat mennyire tér el a teljes véletlen bitsorozattól. Általános esetben a generátorok által létrehozott számok nem egyből tökéletes minőségűek, ezért utófeldogozás szükség a számokon. Ez a folyamat extrataktorok beiktatásával történik, melyek segítségével a minőség (a számok véletlensége) növelhető. Ezek a megoldások viszont csökkentik a generátor kimeneti sebességet.
Munkánkban egy, a Műegyetemen fejlesztett kvantum véletlenszám-generátorral dolgozzunk. Tesztek futtatásával megállapítottuk, hogy a generátor által létrehozott számok önmagukban még nem megfelelő minőségűek, ha a nagy bitsebesség a cél. Azért, hogy ezt növelni tudjuk, különböző utófeldolgozási eljárásokat alkalmaztunk. Ezeknek az eljárásoknak az a célja, hogy a kapott számokot, azokon műveletek elvégzése révén, javítsunk. Ezáltal a forrásból, a generátorból, fakadó hibákat kiküszöböljük. Ennek a folyamatnak a neve az extrakció, melynek során a kapott számokból "kivonjuk" a véletlenséget és azt felerősítve javítják a generátor kimenetét. Több különböző elven működő extraktort összehasonlítottunk. Az eredményük alapján pedig javaslatot teszünk arra, hogy melyiket érdemes használni az általunk vizsgált generátoron. Végül pedig létrehoztunk egy webes felületet, melyen elérhetőek a generátoron végzett tesztek eredményei az utófeldogozási eljárások előtt, illetve után. Ezenkívül a felületen elérhetőek a generátor által előállított számok is valós időben, így mindenki számára elérhetőek a jó minőségű kvantum véletlenszámok.
szerzők
-
Istenes Dóra
Mérnök informatikus szak, alapképzés
alapképzés (BA/BSc) -
Márton Botond László
Mérnök informatikus szak, alapképzés
alapképzés (BA/BSc)
konzulens
-
Dr. Bacsárdi László
egyetemi docens, Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszék
