设备无关量子随机性提取协议设计与分析

Random numbers are important for a variety of applications, including encryption, secure key generation, gaming and Monte-Carlo calculations. As an important branch of quantum information science, randomness extraction based on quantum mechanics theory has attracted a great attention. Particularly, device-independent randomness extraction is of theoretical and practical significance. After the related works are studied carefuly, this project is aimed at investigating issues of device independent quantum randomness extraction, focusing on techniques of improving the efficiency and practical security of randomness expansion protocol, the design and analysis of randomness amplification, and the application of security evaluation methods in the security analysis of quantum key distribution. By the subject research, it is expected to have some creative achievements in efficient secure quantum randomness extraction, provided new ways and methods for related research and enrich the security analysis and evaluating system in quantum cryptography.

随机数在众多领域均有重要应用，如密码学，安全密钥生成，博弈和蒙特卡洛计算等。作为量子信息科学的一个重要分支，基于量子力学原理的随机性提取受到了广泛关注。特别地，设备无关随机性提取方案具有较大的理论与实际价值。课题以此为契机，计划研究设备无关量子随机性提取问题，重点包括随机性扩展方案的效率提升技术与实际安全性研究，随机性放大方案设计分析，随机性提取方案中的相关安全证明方法在量子密钥分发安全分析中的应用研究。通过课题研究，期望在高效安全的量子随机性提取方面取得一些创新性成果，为相关研究提供新的方法和手段，丰富量子密码领域的安全证明及评估体系。

开展设备无关量子随机性提取协议设计与分析及其在量子密码安全性方面的研究具有重要的理论意义与实际价值。本课题围绕设备无关量子随机性提取协议的设计及其在实际量子密码系统安全性的应用等核心问题开展研究，取得了一系列研究成果。学术成果和人才培养均超出预期，在CRYPTO2018, PKC2019，PQCrypto 2019，IEEE Transactions on Information Theory， Physical Review A，Scientific Reports，Optics Communications，Science China，密码学报等国内外知名会议及期刊上发表学术20篇，其中SCI检索13篇，中国密码学会A类会议1篇，B类会议2篇（已录用）。1篇论文受邀至美洲密码年会做报告。培养博士生8人，其中已毕业博士3人，培养硕士9人，其中已毕业硕士5人，2人次获得大学优秀硕士学位论文。此外，申请发明专利5项，其中已授权2项。