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年会还在用抽奖软件?量子随机数产生器助你实现真“随机”

发布时间:

2022-01-30

春节前夕,各种年会活动热闹上演,有什么办法能破解抽奖软件“留后门”的弊端,确保抽奖结果完全随机吗?1月27日晚,济南量子技术研究院为科大国盾量子技术股份有限公司的年会提供“抽奖黑科技”,支持该公司完全随机、公平公开地为员工送出近300份新年礼物。这次抽奖能实现真“随机”,缘于使用了器件无关的量子随机数产生器,该设备基于量子纠缠,可以通过数据进行“自检测”,由量子纠缠态的“测量-坍缩”过程获取真正的随机数,该技术在科学研究和日常生活中有着重要而广泛的应用前景。



人们在玩掷骰子游戏时,骰子哪一面朝上是随机的吗?是也不是,如果已知骰子投掷出去的速度、方位、重量等因素,而且算力足够强大,就能准确计算出骰子掷出后哪一面会朝上。现实生活中,基于软件算法、热噪声等随机数产生器所产生的随机数实际上都基于确定性过程,都有可能被预测,而量子随机数发生器是基于量子物理原理产生真随机数的系统,具有不可预测性、不可重复性和无偏性等特征,是量子通信系统中的关键核心器件。



2018年,中国科学技术大学潘建伟院士团队和美国国家标准局(NIST)分别独立实现了器件无关量子随机数产生器的制备。最近几年,基于相关理论的改进和实验技术的提高,随机数产生器的性能进一步提升。


基于器件无关量子随机数产生器,2021年10月,济南量子技术研究院与中国科大合作研发出基于器件无关量子随机数产生器的公共服务平台,并启动试运行。该平台每分钟产生并广播512比特的器件无关量子随机数。今年,研发团队将正式对外发布 “器件无关量子随机数公共服务平台”,该平台将持续广播器件无关量子随机数,在国内率先实现器件无关量子随机数应用。


“器件无关的量子随机数产生器对器件的来源和工作原理不作要求,即使器件是攻击者制造的,也可以获得安全、不可预测的随机数,因此,器件无关的量子随机数产生器被认为是安全性最高的随机数产生装置。”济南量子技术研究院相关科研人员告诉记者,随机数在科学研究和日常生活中有着广泛的应用。在工程计算中,常常需要通过数值模拟计算进行模拟,例如汽车、飞机等外形的气动设计需要通过对大量气体分子进行蒙特卡罗模拟,以便在设计时不用真正建造模型而模拟现实情况;在医学、生物学中,常常需要随机在统计总体中抽取有代表性的样本; 在游戏、博彩、人工智能等领域,常常要使用不可预测的随机数来控制系统下一步的状态;在通信安全、现代密码学等领域,为了保证通信的安全与保密,需要不可预测的随机数作为安全性的基础。器件无关的量子随机数产生器问世后,有望解决相关产业所面临的“不随机、可能被攻击、可能被预测”的痛点,并应用于对安全性要求较高的领域,如国防安全,金融安全等。

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“量子抽奖”是如何实现的?

1、根据抽奖用户数设置中奖号码范围,每一个用户预先分配一个数字编号,并与相应的用户绑定;

2、通过济南量子研究院提供的DI随机数获取接口获取512比特的随机数,随机数每分钟更新一次,保证抽奖程序每次获取的随机数不重复;

3、将512比特的随机数以9比特为单位进行拆分,可拆分成56组,剩余8比特丢弃;

4、计算中奖号,每一组比特转化为十进制数N,将N视为一个中奖号码,N的取值范围是0-512,将不在中奖号范围内的数值视为无效数据,并剔除重复的N值;

5、每次根据奖项的中奖人数生成中奖号码,理论上每个DI随机数最多生成56个中奖号码,中奖人数超出该值时,获取新的随机数继续剩余中奖号的计算;

6、计算完毕后,显示中奖号号码,并根据中奖号与用户的绑定关系,显示出中奖用户名;

7、每一轮抽奖结束后,将中奖号码剔除,避免重复中奖。