ICS35.040 CCSL80 中华人民共和国国家标准 GB/T45240—2025 器件无关量子随机数发生器通用要求 Generalrequirementsfordevice-independentquantumrandomnumbergenerators 2025-01-24发布 2025-08-01实施 国家市场监督管理总局 国家标准化管理委员会发布目 次 前言 Ⅲ ………………………………………………………………………………………………………… 1 范围 1 ……………………………………………………………………………………………………… 2 规范性引用文件 1 ………………………………………………………………………………………… 3 术语和定义 1 ……………………………………………………………………………………………… 4 符号 2 ……………………………………………………………………………………………………… 5 器件无关量子随机数发生器结构组成 3 ………………………………………………………………… 5.1 组成及工作原理 3 …………………………………………………………………………………… 5.2 模块功能 4 …………………………………………………………………………………………… 5.2.1 纠缠源 4 ………………………………………………………………………………………… 5.2.2 随机控制序列W模块 4 ………………………………………………………………………… 5.2.3 选基随机序列X模块、选基随机序列Y模块 4 ……………………………………………… 5.2.4 测量模块 4 ……………………………………………………………………………………… 5.2.5 贝尔检验模块 4 ………………………………………………………………………………… 5.2.6 数据后处理模块 4 ……………………………………………………………………………… 6 性能要求 4 ………………………………………………………………………………………………… 6.1 硬件模块性能要求 4 ………………………………………………………………………………… 6.1.1 纠缠源 4 ………………………………………………………………………………………… 6.1.2 选基随机序列X、选基随机序列Y 4 …………………………………………………………… 6.1.3 测量模块 5 ……………………………………………………………………………………… 6.2 器件无关性检验要求 5 ……………………………………………………………………………… 6.2.1 器件无关性检验概述 5 ………………………………………………………………………… 6.2.2 纠缠源总体探测效率检验 5 …………………………………………………………………… 6.2.3 非信令条件检验 5 ……………………………………………………………………………… 6.2.4 贝尔检验 5 ……………………………………………………………………………………… 6.2.5 最小熵评估 6 …………………………………………………………………………………… 6.3 数据后处理要求 6 …………………………………………………………………………………… 6.3.1 设计要求 6 ……………………………………………………………………………………… 6.3.2 检测方法 6 ……………………………………………………………………………………… 6.4 生成随机数性能要求 7 ……………………………………………………………………………… 附录A(规范性) 纠缠源总体探测效率和非信令条件检验方法 8 ……………………………………… A.1 纠缠源总体探测效率检验方法 8 …………………………………………………………………… A.2 非信令条件检验方法 8 ……………………………………………………………………………… 附录B(资料性) 随机性估计方法和随机数提取方法 10 ………………………………………………… ⅠGB/T45240—2025 B.1 随机性估计方法 10 …………………………………………………………………………………… B.1.1 概述 10 …………………………………………………………………………………………… B.1.2 量子概率估计方法(quantumprobabilityestimation,QPE) 10 …………………………… B.1.3 熵累积方法(entropyaccumulationtheorem,EAT) 11 ……………………………………… B.1.4 量子互补性方法 12 ……………………………………………………………………………… B.2 随机数提取方法 12 …………………………………………………………………………………… B.2.1 Trevisan提取 12 ………………………………………………………………………………… B.2.2 Toeplitz提取 13 ………………………………………………………………………………… 附录C(规范性) 随机数产生速率测试方法 14 …………………………………………………………… 参考文献 15 …………………………………………………………………………………………………… ⅡGB/T45240—2025 前 言 本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定 起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由全国量子计算与测量标准化技术委员会(SAC/TC578)提出并归口。 本文件起草单位:济南量子技术研究院、安徽国科量子网络有限公司、中国科学技术大学、清华大 学、科大国盾量子技术股份有限公司、中国信息安全测评中心、中国长城科技集团股份有限公司、安徽问 天量子科技股份有限公司、山西大学、上海交通大学、山东国科量子通信网络有限公司、中国科学院上海 微系统与信息技术研究所、中国科学院软件研究所、中国计量科学研究院、深圳市国信量子科技有限公 司、北京中科国光量子科技有限公司、上海国盾量子信息技术有限公司。 本文件主要起草人:李明翰、江扬帆、王明磊、张强、张军、聂友奇、张行健、李东东、石竑松、刘宏伟、 于春霖、吴嘉杰、刘婧婧、申恒、郁昱、戚巍、缪亚军、张伟君、曹伟琼、邓玉强、王一曲、赵义博、谢树欣。 ⅢGB/T45240—2025 器件无关量子随机数发生器通用要求 1 范围 本文件界定了器件无关量子随机数发生器的术语和定义,描述了器件无关量子随机数发生器的结 构组成,规定了器件无关量子随机数发生器的性能要求。 本文件适用于器件无关量子随机数发生器的研制和检测。 2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文 件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于 本文件。 GM/T0005—2021 随机性检测规范 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 贝尔不等式 Bellinequality 贝尔型不等式 一类用于检验节点间局域隐变量理论的不等式。 3.2 贝尔检验 Belltest 对是否满足贝尔不等式(3.1)进行的检验。 3.3 非信令条件 nonsignalingcondition 对于没有相互通信的不同事件,其结果的分布需要满足的条件。 3.4 纠缠源 entanglementsource 所产生的粒子间存在量子纠缠的粒子源。 注1:量子纠缠是指多个物理系统状态之间的一种非经典关联属性。 注2:纠缠源具有不同类型,如基于光子、原子等。 3.5 量子态 quantumstate 量子系统的状态。 [来源:GB/T42565—2023,3.1] 1GB/T45240—2025 3.6 量子态测量 quantumstatemeasurement 通过对粒子进行测量得到量子态(3.5)信息的操作过程。 [来源:GB/T42565—2023,3.21,有修改] 3.7 量子随机数 quantumrandomnumber 基于量子力学原理所保证的随机性过程产生的真随机数。 [来源:GB/T43692—2024,3.63] 3.8 器件无关性 device-independent 安全性不依赖于对量子态制备和测量器件的信任假设的性质。 3.9 器件无关量子随机数发生器 device-independentquantumrandomnumbergenerator;DIQRNG 产生具备器件无关性(3.8)的量子随机数的器件。 3.10 纠缠源总体探测效率 overalldetectionefficiencyofentanglementsources 探测到的纠缠粒子对与纠缠源(3.4)产生的纠缠粒子对的比值。 3.11 探测漏洞 detectionloophole 当纠缠源总体探测效率(3.10)低于某一阈值时,探测到的事件的集合不一定能真实反映全部集合 的分布,从而导致探测结果不可信。 4 符号 下列符号适用于本文件。 A、B:测量模块输出的测量结果序列。 ai、bi:第i轮试验测量模块输出的测量结果序列的元素,ai,bi∈{0,1},其