Mô tả chung
QRBG121 là một máy tạo bit ngẫu nhiên không tất định nhanh, tính ngẫu nhiên của chúng dựa vào tính ngẫu nhiên nội tại của quá trình phát xạ photon vật lý lượng tử trong chất bán dẫn và phát hiện theo sau bằng hiệu ứng quang điện. Trong quá trình này, các photon được phát hiện ngẫu nhiên, từng photon một độc lập với nhau. Thông tin thời gian của việc các photon được phát hiện được sử dụng để tạo các chữ số nhị phân ngẫu nhiên - bit.
Điểm độc đáo của phương pháp này là nó chỉ sử dụng một máy dò photon để tạo ra các số 0 và 1. Điều này dẫn đến sai lệch rất nhỏ và khả năng chống lại sự dao động, lão hóa của các thành phần. Hơn nữa, việc phát hiện các photon riêng lẻ được thực hiện bởi một bộ nhân quang (Photomultiplier - PMT). So với các máy dò photon trạng thái rắn, bộ nhân quang có tín hiệu vượt trội về hiệu suất nhiễu và xác suất xuất hiện các xung đi theo (Afterpulses). Hình 1 minh họa máy tạo bit ngẫu nhiên QRBG121, được so sánh kích thước với một con chuột máy tính [1].
Hình 1. Máy tạo bit ngẫu nhiên QRBG121
Do bản chất không tất định và entropy gần như tối đa, các bộ tạo bit ngẫu nhiên lượng tử phù hợp một cách lý tưởng cho hầu hết các ứng dụng quan trọng, như: mật mã, tạo mã số định danh cá nhân (Personal Identification Number - PIN), mã số xác thực giao dịch (Transaction Authentication Number - TAN), các mô phỏng trong công nghiệp hoặc khoa học, nghiên cứu thống kê….
QRBG121 có thể hoạt động độc lập hoặc kết nối với máy tính thông qua cổng USB2, cụ thể:
Ở chế độ kết nối với máy tính, trình điều khiển và ứng dụng được cung cấp cho phép tải các bit ngẫu nhiên vào một tệp. Hơn nữa, một thư viện và các ví dụ phần mềm được viết bằng C, C # và VisualBasic được cung cấp để có thể tích hợp dễ dàng QRBG trong bất kỳ ứng dụng nào do người dùng phát triển.
Ở chế độ độc lập, thiết bị được cấp nguồn thông qua đầu nối OEM. Các bit ngẫu nhiên được trích xuất theo cách nối tiếp.
Thông số kỹ thuật
Bảng 1 mô tả các thông số kỹ thuật của máy tạo bit ngẫu nhiên QRBG121 [1]. Để có thêm thông tin chi tiết, quý bạn đọc truy cập tại đây
Bảng 1: Thông số kỹ thuật của máy tạo bit ngẫu nhiên QRBG121.
|
Tốc độ bit |
12Mbit/s +/-5% |
|
Độ lệch (b) |
< 0.00001 |
|
Tự tương quan nối tiếp (a) |
< 0.0002 |
|
Nhiễu nhiệt |
< 0.0005% (5ppm) |
|
Giao diện |
USB2 và OEM |
|
Các đầu ra OEM |
Mức logic, nối tiếp 5V CMOS |
|
Hỗ trợ hệ điều hành |
Win98/Me/2000/Xp, Linux |
|
Nguồn cấp |
Không (được cấp bởi cổng USB/OEM) |
|
Kích thước |
55 x 65 x 90 mm |
|
Trọng lượng |
370g |
Trong đó, độ lệch (b) được định nghĩa là sai khác giữa xác suất đo được của các số 1 và xác suất lý tưởng: b = |p (1) – 0.5|. Còn hệ số tự tương quan nối tiếp a được định nghĩa theo tài liệu “The Art of Programming, Vol II” của D. Knuth là:
Đánh giá chất lượng bit tạo ra
Tại [1] trình bày thông tin về việc dùng 3 bộ tiêu chuẩn kiểm tra chất lượng đối với QRBG121, đó là NIST STS [6], Diehard [7] và min-Entropy. Trong [3, 4], QRBG121 được đánh giá bằng các bộ tiêu chuẩn kiểm tra thống kê NIST STS [6], Diehard [7] và ENT [8].
Tất cả các phép kiểm tra đều cho kết quả chứng tỏ tính ngẫu nhiên của đầu ra được tạo bởi QRBG121.
Dịch vụ QRBG
Dịch vụ QRBG đã được thúc đẩy bởi sự cần thiết của cộng đồng khoa học khi thực hiện các mô phỏng khác nhau (trong các môi trường cụm/lưới), mà kết quả của chúng thường bị ảnh hưởng rất nhiều bởi chất lượng của các số ngẫu nhiên được sử dụng (phân phối, không tất định, entropy,…). Do các số ngẫu nhiên thực sự (True Random Numbers) không thể tạo ra bằng một máy trạng thái hữu hạn (như máy tính ngày nay), các nhà khoa học buộc phải sử dụng các bộ tạo bit phần cứng đắt tiền chuyên dụng, hoặc tạm sử dụng các giải pháp kém tối ưu (như các bộ tạo bit giả ngẫu nhiên).
Dịch vụ QRBG đã bắt đầu như kết quả của nỗ lực đáp ứng nhu cầu của các nhà khoa học về số ngẫu nhiên chất lượng cao. Cho tới nay, dịch vụ này đã phát triển thành dịch vụ số ngẫu nhiên chất lượng cao, được công khai trên toàn cầu.
Có 5 yêu cầu thiết kế cho dịch vụ QRBG:
1. Tính ngẫu nhiên thực sự của dữ liệu được phục vụ (entropy cao của dữ liệu được phục vụ).
2. Tốc độ tạo dữ liệu và phục vụ cao.
3. Tính sẵn sàng cao của dịch vụ (bao gồm quyền truy cập dễ dàng và trong suốt tới dữ liệu ngẫu nhiên).
4. Độ tin cậy cao của dịch vụ.
5. Tính bảo mật cao đối với những người sử dụng dịch vụ.
Cho đến nay, ngoại trừ yêu cầu về tính bảo mật cho những người sử dụng dịch vụ thì tất cả các yêu cầu của dịch vụ QRBG đều được đáp ứng. Bộ tạo bit ngẫu nhiên lượng tử được phát triển bởi Viện Rudjer Boskovic, được cho là đảm bảo chất lượng cao của các số ngẫu nhiên được cung cấp (tính ngẫu nhiên thực sự) và tốc độ phục vụ cao.
Song song, một số chế độ truy cập mạng được phát triển để đáp ứng tính sẵn sàng cao của dịch vụ. Chúng bao gồm thu thập trong suốt các số ngẫu nhiên bằng cách sử dụng các thư viện C/C ++, dịch vụ web (truy cập qua giao thức SOAP) và các bổ sung máy khách dùng Mathematica/MATLAB.
Trong tương lai, giao thức SSL sẽ được hỗ trợ để cho nâng cao mức độ bảo mật. Khi đó, tất cả dữ liệu sẽ được mã hóa, kèm theo các chứng thư theo yêu cầu của người dùng/dịch vụ.
Quý độc giả truy cập tại đây để tải xuống phần mềm và trình điều khiển của dịch vụ QRBG cho hệ điều hành Windows (bao gồm cả bộ kiểm tra dữ liệu).
Hình 2. Màn hình cài đặt của dịch vụ QRBG
Hình 3. Giao diện người dùng của dịch vụ QRBG (từ trái sang phải: hộp thống kê, cửa sổ chính, hội thoại cấu hình và đầu ra nhật ký).
Bên cạnh đó, độc giả có thể tải các phần mềm/tiện ích do nhóm của Radomir Stevanović tại đây, bao gồm: Thư viện C++ (một số ví dụ máy khách của QRBG); Thư viện liên kết động cho C và C++ (Windows); QRBG Toolbox cho MathWorks MATLAB (Windows) và QRand Command-line Utility (Windows/Linux/Mac).
Cũng tại địa chỉ này, các phần mềm do người dùng cung cấp cũng được đăng tải đầy đủ, gồm: Java, Python, PHP Access Class (Windows/Linux/Mac); Thư viện C#, Erlang client, Perl client (Windows/Linux); MATLAB/Octave Linux Utility, Go client (Linux); QRand Command-line Utility (Mac) và Delphi client (Windows).
Kết luận
Trên đây đã trình bày về mô tả chung và thông số kỹ thuật của bộ tạo bit ngẫu nhiên lượng tử QRBG121 cũng như kết quả đánh giá đầu ra của nó khi dùng các bộ kiểm tra thống kê. Đồng thời, bài báo cũng giới thiệu về dịch vụ mà nó có thể cung cấp. Phần tiếp theo của bài báo sẽ tập trung trình bày về cơ chế hoạt động của QRBG121. Kính mời quý độc giả đón đọc.
|
Tài liệu kham khảo 1. Quantum Random Bit Generator (http://qrbg.irb.hr). 2. Quantum Random Bit Generator Service (http://random.irb.hr/) 3. Stipčević, M., Medved Rogina, B.: Quantum random number generator based on photonic emission in semiconductors. Review of Scientific Instruments 78, 045104 (2007) 4. Stipčević, M., Medved Rogina, B.: Quantum random number generator, arXiv:quant-ph/0609043v2, 1 Jan 2007. 5. Radomir Stevanović, Goran Topić, Karolj Skala, Mario Stipčević, and Branka Medved Rogina, Quantum Random Bit Generator Service for Monte Carlo and Other Stochastic Simulations, International Conference on Large-Scale Scientific Computing, LSSC 2007, pp. 508-515. 6. A. Rukhin et al., A Statistical Test Suite for Random and Pseudorandom Number Generators for Cryptographic Applications, NIST Special Publication (NIST, Gaithersburg, 2001); http://csrc.nist.gov/rng/ 7. G. Marsaglia et al, Toward a universal random number generator, Statistics & Probability Letters, Volume 9, Issue 1, pp. 35-39, 1990 8. J. Walker, http://www.fourmilab.ch/hotbits/how.html. |
TS. Trần Duy Lai
08:00 | 19/06/2020
10:00 | 17/11/2020
17:00 | 13/02/2020
16:00 | 23/12/2019
14:00 | 21/11/2019
16:00 | 20/07/2020
16:00 | 23/09/2024
Quy định Bảo vệ Dữ liệu chung (GDPR) của Liên minh châu Âu là văn bản pháp lý quan trọng, hình mẫu cho các nước, khu vực khác trong việc bảo vệ dữ liệu. Tuy nhiên, việc tuân thủ GDPR sẽ đòi hỏi các tổ chức phải đầu tư kinh phí bổ sung, tăng cường nhân lực dành cho xử lý dữ liệu. Dưới đây là hướng dẫn 12 bước triển khai GDPR cho tổ chức do Ủy ban Bảo vệ Dữ liệu công bố.
14:00 | 11/09/2024
Keylogger là phần cứng hoặc phần mềm có khả năng theo dõi tất cả các hoạt động thao tác nhập bàn phím, trong đó có các thông tin nhạy cảm như tên người dùng, mật khẩu thẻ tín dụng, thẻ ngân hàng, tài khoản mạng xã hội hay các thông tin cá nhân khác. Keylogger thậm chí có thể ghi lại các hành động gõ phím từ bàn phím ảo, bao gồm các phím số và ký tự đặc biệt. Bài báo sẽ hướng dẫn độc giả cách thức phát hiện và một số biện pháp kiểm tra, ngăn chặn các chương trình Keylogger nhằm bảo vệ máy tính trước mối đe dọa nguy hiểm này.
11:00 | 03/09/2024
Hiện nay, chuyển đổi số đã và đang làm thay đổi nền kinh tế, bùng nổ các ứng dụng công nghệ thông tin, nổi bật là các ứng dụng di động giúp nâng cao hiệu quả trong hoạt động công tác tại các tổ chức và doanh nghiệp. Tuy nhiên, việc sử dụng các ứng dụng di động, đặc biệt là các ứng dụng sử dụng trong mạng chuyên dùng cũng đi kèm với các thách thức liên quan đến bảo mật an toàn thông tin, an ninh mạng. Bài báo này trình bày những thách thức, yêu cầu đặt ra và một số giải pháp di động hóa ứng dụng sử dụng trong mạng chuyên dùng có yếu tố bảo mật.
13:00 | 17/04/2024
Mới đây, Cơ quan An ninh mạng và Cơ sở hạ tầng Hoa Kỳ (CISA) đã phát hành phiên bản mới của hệ thống Malware Next-Gen có khả năng tự động phân tích các tệp độc hại tiềm ẩn, địa chỉ URL đáng ngờ và truy tìm mối đe dọa an ninh mạng. Phiên bản mới này cho phép người dùng gửi các mẫu phần mềm độc hại để CISA phân tích.
14:00 | 11/09/2024|Công nghệ PKI
11:00 | 03/09/2024|GP ATM
08:00 | 26/08/2024|GP ATM
10:00 | 19/08/2024|Tin tức sản phẩm
Trong bối cảnh chuyển đổi số và ứng dụng rộng rãi của công nghệ thông tin (CNTT) thì xu hướng kết nối liên mạng để chia sẻ cơ sở dữ liệu (CSDL) trở nên tất yếu. Các hệ thống công nghệ vận hành (Operational Technology - OT) cũng không nằm ngoài xu hướng này, quá trình đó được gọi là Hội tụ IT/OT. Do vậy, nhu cầu truyền dữ liệu một chiều giữa các mạng độc lập ngày càng tăng để phục vụ cho mục đích khai thác dữ liệu. Bài viết này giới thiệu một giải pháp mới dựa trên công nghệ vi mạch tích hợp khả trình (Field-Programmable Gate Array - FPGA), sử dụng cơ chế xử lý đa luồng tốc độ cao, giúp duy trì băng thông hệ thống mà không gây ra tình trạng treo hoặc nghẽn mạng, cho phép các kết nối yêu cầu thời gian thực. Đồng thời, bài viết cũng sẽ trình bày giải pháp giả lập giao thức TCP/IP hỗ trợ cho các giao thức truyền thông trong các hệ thống mạng điều khiển IT/OT.
09:00 | 06/01/2025
Trong bối cảnh Chính phủ đang đẩy mạnh hoạt động của Chính phủ Điện tử và chuyển đổi số trên phạm vi cả nước, an ninh mạng đã trở thành một trong những thách thức lớn nhất đối với các cơ quan Đảng và Chính phủ. Tình hình mất an ninh, an toàn thông tin đang ngày càng phức tạp và nghiêm trọng, với sự gia tăng không ngừng của các cuộc tấn công mạng tinh vi và các biến thể mã độc mới. Với bối cảnh như vậy, việc bảo vệ hệ thống thông tin và các sản phẩm phần cứng, phần mềm quan trọng trong các cơ quan Đảng, Chính phủ trước các mối đe dọa từ mã độc trở thành nhiệm vụ hết sức cấp thiết.
15:00 | 10/01/2025
, với Yi là các bit đơn lẻ.
