中国首次实现以器件无关量子随机数产生器作为熵源

零知识证明是一种基本的密码学工具，允许通信中互不信任的两方在不透露任何额外信息的情况下向对方证明某个命题的有效性。 非交互式零知识证明是零知识证明最重要的变体之一，其特点是通信双方不需要多次交换信息。 由于其简单性和通信次数少，非交互式零知识证明被广泛应用于数字签名、区块链、身份认证等领域。 常用的非交互式零知识证明系统的安全性基于生成可信的真随机数的假设。 然而，在实际应用中，由于真随机数生成器很难实现，因此通常使用确定性伪随机数。 算法代替。 此前的研究指出，这种方法可能会产生安全隐患。

量子物理固有的随机性为这种安全风险提供了新的解决方案。 特别需要指出的是，基于无漏洞贝尔不等式测试的设备无关量子随机数可以提供安全级别最高的真实随机数。 其安全性由量子力学的基本原理保证，不需要用户对量子设备进行任何事先表征或假设。

研究团队于2018年实现了世界上第一个能够抵御量子攻击的与设备无关的量子随机数，并于2021年提高了随机数生成的速度。在这项研究工作中，研究团队构建了基于信标公共服务系统的信标公共服务系统。与设备无关的量子随机数，并使用该系统设计和实现了一种不依赖于真实随机数假设的非交互式零知识证明方案。 。 该随机数信标服务可以向公众实时广播生成的随机数。 此外，为了保证随机数在广播过程中的安全，研究团队还采用了可以抵抗量子攻击的量子安全签名算法。 随后，研究团队利用接收到的设备无关量子随机数替代之前的伪随机数，构建并实验验证了更安全的非交互式零知识证明协议。

据了解，这项研究工作首次将量子非局域性、量子安全算法和零知识证明三个不同领域结合起来，大大提高了零知识证明的安全性。 为公众构建的随机数服务在密码学、彩票行业和社会福利等领域都有重要的应用潜力。

近日，相关研究成果发表在国际权威学术期刊《美国国家科学院院刊》上。