(57)【要約】【課題】２進数で表示される物理乱数をエクストラクタにより蒸留する際に得られる乱数の乱数性を増強することが可能な物理乱数蒸留装置及び方法を提供する。【解決手段】抵抗体１１から２進数で表示される物理乱数を生成し、生成した物理乱数の一部のビットを抽出し、これに０又は１をマトリックス状に配列させたエクストラクタ行列を乗じることにより出力用乱数を生成し、生成した出力用乱数を出力し、更にその出力用乱数に基づいて次世代の蒸留処理に使用されるエクストラクタ行列を生成する。【選択図】図１
2018147092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２進数で表示される物理乱数を生成する物理乱数生成手段と、
上記物理乱数生成手段により生成された物理乱数の一部のビットを抽出し、これに０又は１をマトリックス状に配列させたエクストラクタ行列を乗じることにより出力用乱数を生成する蒸留処理手段と、
上記蒸留処理手段により生成された出力用乱数を出力する出力手段と、
上記出力用乱数に基づいて上記蒸留処理手段による次世代の蒸留処理に使用されるエクストラクタ行列を生成するエクストラクタ行列生成手段とを備えること
を特徴とする物理乱数蒸留装置。
【請求項２】
上記蒸留処理手段は、前世代において生成した出力用乱数に基づいて上記エクストラクタ行列生成手段により生成されたエクストラクタ行列を使用すること
を特徴とする請求項１記載の物理乱数蒸留装置。
【請求項３】
上記出力用乱数の乱数性が反映された安全性パラメータを判別するパラメータ判別手段を更に備え、
上記エクストラクタ行列生成手段は、上記パラメータ判別手段により判別された乱数性に基づいて上記エクストラクタ行列の行、列の数を制御すること
を特徴とする請求項１又は２記載の物理乱数蒸留装置。
【請求項４】
上記物理乱数生成手段は、量子雑音又は熱雑音に基づく物理乱数を生成すること
を特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項記載の物理乱数蒸留装置。
【請求項５】
物理乱数源から２進数で表示される物理乱数を生成する物理乱数生成ステップと、
上記物理乱数生成ステップにおいて生成した物理乱数の一部のビットを抽出し、これに０又は１をマトリックス状に配列させたエクストラクタ行列を乗じることにより出力用乱数を生成する蒸留処理ステップと、
上記蒸留処理ステップにおいて生成した出力用乱数を出力する出力ステップと、
上記出力用乱数に基づいて上記蒸留処理ステップによる次世代の蒸留処理に使用されるエクストラクタ行列を生成するエクストラクタ行列生成ステップとを有すること
を特徴とする物理乱数蒸留方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２進数で表示される物理乱数を蒸留することにより乱数のランダム性を増強する上で好適な物理乱数蒸留装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年におけるＩｏＴ（Internet of Things）技術の発展に伴い、人、物を問わずインターネットを始めとした公衆通信網へのアクセス機会が上昇している。このため通信のセキュリティ性を図ることができる極めて安全性の高い通信システムの構築が求められている。また通信のセキュリティ性を向上させるために従来より様々な暗号技術が研究されている。
【０００３】
現在使われている一般的な暗号技術としての共通鍵暗号方式では、認証や暗号化に必要な暗号鍵を通信者同士で互いに共有しておく。この共有する暗号鍵は、第三者に推定されることを防止する観点から、乱数を盛り込んでおく場合が多い。中でもその乱数は、統計的な偏りが無く、しかも予測不可能性、再現不可能性を持つ、いわば真性乱数に限りなく近いことが安全性の面から要求されている。
【０００４】
この要求に対して、特に近年において高速な物理乱数発生器の開発が世界各国において進展している。これは例えば熱雑音や量子雑音等を始めとした本質的にはランダムな物理現象の中で、独立同分布（Independent and Identically Distributed: IID）を有する現象を利用し、観測した物理現象に応じて０又は１からなる２進数の数値を割り当てて乱数を発生するものである。この熱雑音や量子雑音等を有効活用した物理乱数発生器は、数理的アルゴリズムを利用した擬似乱数発生器や、同じ物理乱数発生器であってもカオス的な現象を利用したものとは異なり、特に攻撃者に見破られない予測不可能性、再現不可能性に徹底的に拘り、暗号としての安全性を重視した点に特徴がある（例えば、非特許文献１、２参照。）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】D.Frauchige, R.R.enner,and M Troyer,"True randomness from realistic quantum device," arXiv preprint arXiv:1311.4547,2013
【非特許文献２】M.Troyer and R.Renner,"A randomness extractor for the quantis device," Id Quantique technical report,2012
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した物理乱数発生器では、以下の４つの特質が求められている。第１に、生成する物理乱数の起源が物理現象であることが求められる。第２に、その物理現象の中の起こりえる各事象が独立同分布（IID）であることが求められる。第３に、生成する乱数の０又は１が統計的に偏りの無い無作為性、いわばでたらめな数列になっていることが求められる。第４に周期性の無い(周期が無限長の) ０又は１の数列が生成可能なことが求められる。これら第１から第４の各特質に対する要求を満たすために提案されたデバイスが、上述した量子雑音や熱雑音等の物理現象を利用した物理乱数発生器である。
【０００７】
しかしながら、このような量子雑音や熱雑音等を利用した物理乱数発生器であっても、実際にこれを横軸が出力される物理乱数とし、縦軸をその発生確率とした座標軸上において先行実験を行うと、縦軸の発生確率が平坦化せずに偏りが生じてしまい、上述した第１から第４の各特質に対する要求を満たさなくなる場合がある。その原因は、先行実験に使用できる物理乱数発生が有限であることから、その実験回数が少ないことに加え、物理現象を発揮するデバイスそのものもしくは０又は１からなる２進数の数値を割り当てる装置に欠陥品が含まれている場合があり、得られる乱数性に歪みが生じること等が挙げられる。
【０００８】
このような量子雑音や熱雑音等の物理現象に基づく各物理乱数の発生確率の偏りをなくして平坦化するため、この出力されてくる物理乱数に対してエクストラクタと呼ばれる行列演算を施すことが行われている。このエクストラクタを介して蒸留処理を行うことにより、出力乱数そのもののビット数を小さくすることにより出力乱数のランダム性（乱数性）の向上を図ることができる。
【０００９】
ところで、このようなエクストラクタを用いて物理乱数を蒸留する上で乱数性を向上させるためには、特にこのエクストラクタの行列自身の乱数性を向上させる必要がある。このエクストラクタを構成する行列は、真性乱数を用いるのが理想であるが、従来において物理乱数発生器からの偏りのある乱数もしくは周期性のある疑似乱数からの乱数等を用いて作成されていた。しかしながら、このような乱数では、エクストラクタを構成する行列の乱数性を向上させることができず、ひいてはエクストラクタにより蒸留される物理乱数の乱数性を向上させることができないという問題点があった。
【００１０】
そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、２進数で表示される物理乱数をエクストラクタにより蒸留する際に得られる乱数の乱数性を増強することが可能な物理乱数蒸留装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上述した課題を解決するために、物理乱数源から２進数で表示される物理乱数を生成し、生成した物理乱数の一部のビットを抽出し、これに０又は１をマトリックス状に配列させたエクストラクタ行列を乗じることにより出力用乱数を生成し、生成した出力用乱数を出力し、更にその出力用乱数に基づいて次世代の蒸留処理に使用されるエクストラクタ行列を生成する物理乱数蒸留装置及び方法を発明した。
【００１２】
第１発明に係る物理乱数蒸留装置は、２進数で表示される物理乱数を生成する物理乱数生成手段と、上記物理乱数生成手段により生成された物理乱数の一部のビットを抽出し、これに０又は１をマトリックス状に配列させたエクストラクタ行列を乗じることにより出力用乱数を生成する蒸留処理手段と、上記蒸留処理手段により生成された出力用乱数を出力する出力手段と、上記出力用乱数に基づいて上記蒸留処理手段による次世代の蒸留処理に使用されるエクストラクタ行列を生成するエクストラクタ行列生成手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
第２発明に係る物理乱数蒸留装置は、第１発明において、上記蒸留処理手段は、前世代において生成した出力用乱数に基づいて上記エクストラクタ行列生成手段により生成されたエクストラクタ行列を使用することを特徴とする。
【００１４】
第３発明に係る物理乱数蒸留装置は、第１又は第２発明において、上記出力用乱数の乱数性が反映された安全性パラメータを判別するパラメータ判別手段を更に備え、上記エクストラクタ行列生成手段は、上記パラメータ判別手段により判別された乱数性に基づいて上記エクストラクタ行列の行、列の数を制御することを特徴とする。
【００１５】
第４発明に係る物理乱数蒸留装置は、第１発明〜第３発明の何れかにおいて、上記物理乱数生成手段は、量子雑音又は熱雑音に基づく物理乱数を生成することを特徴とする。
【００１６】
第５発明に係る物理乱数蒸留方法は、物理乱数源から２進数で表示される物理乱数を生成する物理乱数生成ステップと、上記物理乱数生成ステップにおいて生成した物理乱数の一部のビットを抽出し、これに０又は１をマトリックス状に配列させたエクストラクタ行列を乗じることにより出力用乱数を生成する蒸留処理ステップと、上記蒸留処理ステップにおいて生成した出力用乱数を出力する出力ステップと、上記出力用乱数に基づいて上記蒸留処理ステップによる次世代の蒸留処理に使用されるエクストラクタ行列を生成するエクストラクタ行列生成ステップとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
上述した構成からなる本発明によれば、現在の世代において生成した出力用乱数に基づいて次世代の蒸留処理に使用されるエクストラクタ行列を生成する。そして次世代に移行した場合には、前世代において生成したエクストラクタ行列を使用する。これにより、後の世代に移行するにつれて出力用乱数の乱数性がより向上し、乱数の予測不可能性、再現不可能性がより高まり、特に暗号に乱数を盛り込む際にその暗号の安全性を高めることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明を適用した物理乱数蒸留装置のブロック構成図である。
【図２】増幅後の熱雑音の電流値を横軸にした場合における確率分布の例を示す図である。
【図３】蒸留処理部による蒸留処理動作について説明するための図である。
【図４】安全性パラメータを求める手順について説明するための図である。
【図５】本発明を適用した物理乱数蒸留装置の処理動作について説明するための図である。
【図６】量子雑音から物理乱数を取得する物理乱数蒸留装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を適用した物理乱数蒸留装置の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明をする。
【００２０】
本発明を適用した熱雑音を利用した物理乱数蒸留装置１は、図１に示すように一端が接地された抵抗体１１と、抵抗体１１に接続されたアンプ１２と、アンプ１２に接続された閾値判定部１３と、閾値判定部１３に接続された蒸留処理部１４とを備えている。
【００２１】
抵抗体１１は、内部の自由電子の不規則な熱振動によって生じる熱雑音を出力する。この抵抗体１１における自由電子の熱振動はランダムなものであるから、これに基づく熱雑音の電流値もランダム性の高いデータとなる。抵抗体１１から出力された熱雑音の電流値は、アンプ１２に供給される。
【００２２】
アンプ１２は、抵抗体１１から供給されてきた熱雑音の電流値を増幅する。アンプ１２は、増幅した電流値を閾値判定部１３へ出力する。
【００２３】
閾値判定部１３は、アンプ１２から入力された熱雑音の電流値につき、予め設定した閾値に基づいた判定を行う。図２は、増幅後の熱雑音の電流値を横軸にした場合における確率分布の例を示している。熱雑音の電流値の確率分布は、いわゆるガウス分布に近似することができる。この確率分布から８個の物理乱数を出力する場合には、当該確率分布を互いに等面積な８つの領域に分割する。その結果、この８つの領域は、閾値ｘ1、ｘ2、・・・、ｘ7を境界にして分断することができる。このような熱雑音の確率分布は、従来の実験データ等から予め取得する。そしてこの実験データから得られた熱雑音の確率分布を参照した上で、互いに等面積な領域を区切る閾値ｘを数値解析を通じて予め求めておく。
【００２４】
また熱雑音の電流値の確率分布における互いに等面積の各領域には、２進数からなる物理乱数が割り当てられている。即ち、閾値ｘ1は、物理乱数“０００”と“００１”とを隔てており、閾値ｘ2は、物理乱数“００１”と“０１０”とを隔てており、閾値ｘ3は、物理乱数“０１０”と“０１１”とを隔てており、閾値ｘ4は、物理乱数“０１１”と“１００”とを隔てており、閾値ｘ5は、物理乱数“１００”と“１０１”とを隔てており、閾値ｘ6は、物理乱数“１０１”と“１１０”とを隔てており、閾値ｘ7は、物理乱数“１１０”と“１１１”とを隔てている。
【００２５】
閾値判定部１３は、アンプ１２から入力された熱雑音の電流値につき、上述の如く熱雑音の確率分布に対して予め設定された閾値ｘを照らし合わせて判定を行う。仮にアンプ１２から入力された熱雑音の電流値が閾値ｘ2以上でかつ閾値ｘ3未満であれば、物理乱数“０１０”が割り当てられる。またアンプ１２から入力された熱雑音の電流値が閾値ｘ5以上でかつ閾値ｘ6未満であれば、物理乱数“１０１”が割り当てられる。互いに確率分布が等面積となるように閾値ｘを介して区切っているため、各物理乱数が割り当てられる確率も理論上は同一となる。このため、閾値判定部１３を通じて割り当てられる物理乱数もある程度は乱数性が高い状態のものとなっている。
【００２６】
ちなみに、上述した図２の例では、あくまで２進数からなる８種類の物理乱数をランダムに割り当てる例について説明をしたがこれに限定されるものではない。物理乱数の種類を更に増やしたい場合には、この熱雑音の確率分布における等面積領域の分割数を増加させることで対応することができる。かかる場合には、一つの物理デバイスとしての抵抗体１１からの電流値や振幅値に基づいて生成される物理乱数のビット数を増加させることができ、乱数生成速度を向上させることが可能となる。
【００２７】
即ち、この閾値判定部１３では、アンプ１２から熱雑音の電流値が入力される都度、上述した判定を行うことで物理乱数が割り当てられる。その結果、抵抗体１１〜閾値判定部１３を通じて、物理乱数が連続して生成されているように振舞うこととなる。閾値判定部１３は、このようにして生成した物理乱数を蒸留処理部１４へ出力する。
【００２８】
蒸留処理部１４は、閾値判定部１３から入力されてきた物理乱数について蒸留処理を施す。図３に示すように入力されてきた物理乱数のうち一部のビットを抽出する。この抽出するビット位置については、連続したビット列を抽出するようにしてもよいし、離散的にビットを抽出するようにしてもよい。また物理乱数の一部のビットを抽出するのではなく全部のビットをそのまま抽出するようにしてもよい。
【００２９】
蒸留処理部１４は、このようにして物理乱数からのビット列に対して、図３に示すように、０又は１をマトリックス状に配列させたエクストラクタ行列を乗じる。このエクストラクタ行列は、ｎ行×ｍ列からなる行列で構成されている。エクストラクタ行列はテプリッツ行列でも問題ない。行数のｎは、物理乱数から入力するビット列の数に対応している。このようなエクストラクタ行列を物理乱数からの乱数ビットに対して乗じることにより、０又は１からなるｍ個の数列が出力される。このｍ個の数列が出力用乱数となる。蒸留処理部１４は、このようにして生成した出力用乱数を外部へ出力する。出力された出力用乱数は、例えば暗号鍵に盛り込まれる等、各種用途にむけて有効に活用されることとなる。なお、このエクストラクタ行列自身を上記抽出した物理乱数に基づいて作成するようにしてもよい。
【００３０】
次に、本発明を適用した物理乱数蒸留装置１の処理動作方法について説明をする。
【００３１】
本発明を適用した物理乱数蒸留装置１では、当初に作成したエクストラクタ行列に基づいて処理動作を行うフェーズを第１世代という。この第１世代における処理動作では、先ず抵抗体１１から出力された熱雑音の電流値がアンプ１２に供給され、更にアンプ１２により増幅されて閾値判定部１３に送られる。閾値判定部１３では、上述した閾値ｘの範囲を参照し、この増幅された熱雑音のレベルが閾値ｘとの関係でどの領域に属するかを判定する。そして判定した領域に割り当てられている物理乱数を蒸留処理部１４へ出力する。
【００３２】
蒸留処理部１４では、上述のとおり物理乱数の一部から抽出されたｎ個のビットを抽出したこれにエクストラクタ行列を乗じる。この乗じるべきエクストラクタ行列は、第１世代においてはランダムに０又は１が配列された行列を使用するようにしてもよい。このランダムな行列は、例えばデプリッツ行列に基づくものとされていてもよい。
【００３３】
このようなエクストラクタ行列を乗じることにより生成されたｍ個のビット数からなる出力用乱数は、エクストラクタ行列による蒸留処理が施されているため、上流処理前の物理乱数と比較してそのランダム性（乱数性）に優れたものとなっている。この乱数性を評価する上では、例えば以下に説明する安全性パラメータを用いるようにしてもよい。
【００３４】
安全性パラメータを求める前の前提として、量子化した確率分布の中の最大の確率を求める。図４は、各事象１、２、・・・ｑが起こりえる各確率は、ｐ1、ｐ2、・・・、ｐqであることを示すものである。各事象１、２、・・・ｑが上述した図２に示す物理乱数であるとした場合、各物理乱数の発生しえる確率がｐ1、ｐ2、・・・、ｐqとなる。このとき、各物理乱数の発生しえる確率の中の最大の確率をｐmaxとする。この確率ｐmaxを特定した上で、これを利用して安全性パラメータを算出する。下記式（１）は安全性パラメータの算出式を示している。
2^[1/2(m-n*Hmin)]   ・・・・・・・・・・（１）
ここでHmin=-log2pmax
【００３５】
安全性パラメータ2^[1/2(m-n*Hmin)]は、式（１）に示すように最大確率ｐmaxを説明変数としている。物理乱数の確率分布がより平坦であるほど乱数性が高いが、かかる場合には最大確率ｐmaxがより低くなる結果、安全性パラメータ2^[1/2(m-n*Hmin)]は小さくなる。一方、物理乱数の確率分布の較差が大きいほど乱数性が低いが、かかる場合には最大確率ｐmaxがより高くなる結果、安全性パラメータ2^[1/2(m-n*Hmin)]は大きくなる。このように安全性パラメータ2^[1/2(m-n*Hmin)]を求めることで、物理乱数の品質そのものを評価することができる。
【００３６】
また、この安全性パラメータ2^[1/2(m-n*Hmin)]に基づいて実際に評価対象の乱数の乱数性が適正なものであるか否かは、以下の（２）式を通じて確認することができる。
２1/2(m-n*Hmin)＜（ユーザが指定する安全パラメータ）・・・・・・・・・・（２）
【００３７】
この（２）式が小さくなるほど乱数性の品質が優れており、他者による予測不可能性、再現不可能性の面において優れていることが裏付けられる。ここで（２）式から示されるように、エクストラクタ行列のｍが小さく、ｎが大きいほど乱数性を向上させることができることが示されている。特に出力用行列のビット数に該当するｍをより小さくすることでより乱数性を向上させることができる。また安全性パラメータ2^[1/2(m-n*Hmin)]が小さいほど乱数性を向上させることができることが示されている。実際のエクストラクタ行列を用いた蒸留処理の設計時には、（１）式、（２）式に基づいてｍ、ｎ等を調整することとなる。なお、あまりに出力用行列のビット数に該当するｍが小さくなると却ってスループットが低くなってしまうことから、特にこのｍの調整時には両者を勘案する必要が出てくる。
【００３８】
第１世代の処理動作では、上述したデプリッツ行列等に基づいて当初に生成したエクストラクタ行列を利用して蒸留処理を行っていく。しかしながら、このエクストラクタ行列自身がデプリッツ行列が反映されたものである場合、その乱数性が決して高いものではない。このため、第１世代の下でこのようなエクストラクタ行列を使用し続けると、得られる物理乱数の安全性パラメータ2^[1/2(m-n*Hmin)]を向上させることができなくなる。
【００３９】
このため本発明では、図５に示すようにあるタイミングの下で第１世代から第２世代に移行する。この第２世代に移行する際に、蒸留処理部１４は、エクストラクタ行列を更新する。このエクストラクタ行列の更新は、生成した出力用乱数に基づいて実行する。かかる場合には、第1世代で生成した出力用乱数から全ビット列を抽出し、又は出力用乱数から一部のビットを抽出し、抽出したビットを構成する０又は１からなる数列を、第２世代において使用するエクストラクタ行列内に挿入する。この第２世代のエクストラクタ行列への数列の挿入位置はいかなる箇所とされていてもよい。また第２世代のエクストラクタ行列への抽出した数列の挿入は、１箇所に挿入する場合に限定されるものではなく、複数箇所に挿入するようにしてもよいし、連続して挿入するようにしてもよい。第２世代のエクストラクタ行列は、第１世代において生成した出力用乱数が反映されたものなっているため、より乱数性が高いものなっている。
【００４０】
このようにして新たなエクストラクタ行列が生成された後、第２世代に移行する。この第２世代においても同様に抵抗体１１、アンプ１２、閾値判定部１３、蒸留処理部１４における各処理動作は、第１世代と同様である。但し、この第２世代における蒸留処理部１４では、新たに生成した第２世代用のエクストラクタ行列を使用し、蒸留処理を行う。
【００４１】
この第２世代は、第１世代と比較してエクストラクタ行列自身の乱数性が高いものであるから、このような第２世代のエクストラクタ行列を介して蒸留処理が施されることにより、より乱数性が向上した出力用乱数を出力することができる。その結果、第２世代において生成される出力用乱数は、予測不可能性、再現不可能性が更に向上されたものとなる。
【００４２】
また、この第２世代においてもエクストラクタ行列を使用し続けると、得られる物理乱数の安全性パラメータ2^[1/2(m-n*Hmin)]を向上させることができなくなる。従って、図５に示すようにあるタイミングの下で第２世代から第３世代に移行する。この第３世代に移行する際に、蒸留処理部１４は、エクストラクタ行列を更新する。このエクストラクタ行列の更新方法は、第２世代に移行する際と同様である。つまり、第２世代における出力用乱数から全ビット列を抽出し、又は出力用乱数から一部のビットを抽出し、抽出したビットを構成する０又は１からなる数列を、第３世代において使用するエクストラクタ行列内に挿入する。これにより、第３世代のエクストラクタ行列は、第２世代において生成した出力用乱数が反映されたものなっているため、より乱数性が高いものなっている。特に第２世代において生成した出力用乱数は、第１世代のそれよりも乱数性が高くなっていることから、当該第２世代の出力用乱数を挿入した第３世代のエクストラクタ行列は、更に乱数性が高まるものとなる。
【００４３】
このようにして新たなエクストラクタ行列が生成された後、第３世代に移行する。この第３世代においても同様に抵抗体１１、アンプ１２、閾値判定部１３、蒸留処理部１４における各処理動作は、第１、２世代と同様である。但し、この第３世代における蒸留処理部１４では、新たに生成した第３世代用のエクストラクタ行列を使用し、蒸留処理を行う。
【００４４】
この第３世代は、第２世代と比較してエクストラクタ行列自身の乱数性が高いものであるから、このような第３世代のエクストラクタ行列を介して蒸留処理が施されることにより、更に乱数性が向上した出力用乱数を出力することができる。その結果、第３世代において生成される出力用乱数は、予測不可能性、再現不可能性が更に向上されたものとなる。
【００４５】
第４世代以降も第２世代、第３世代と同様の処理動作を実行していくこととなる。即ち、現在の世代において生成した出力用乱数に基づいて次世代の蒸留処理に使用されるエクストラクタ行列を生成する。そして次世代に移行した場合には、前世代において生成したエクストラクタ行列を使用する。これにより、後の世代に移行するにつれて出力用乱数の乱数性がより向上し、乱数の予測不可能性、再現不可能性がより高まり、特に暗号に乱数を盛り込む際にその暗号の安全性を高めることも可能となる。
【００４６】
なお本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。蒸留処理部１４は、安全性パラメータ2^[1/2(m-n*Hmin)]の判別を行い、更に（２）式に基づいてｍ、ｎ等を調整することを自発的に行うようにしてもよい。かかる場合には、安全性パラメータ2^[1/2(m-n*Hmin)]が仮に所定の閾値を下回った場合において、式（２）におけるｎを大きくし、またｍを小さくするように制御することで乱数性の低下を抑えるための処理を行うようにしてもよい。一方、安全性パラメータが所定の閾値を上回った場合には、式（２）におけるｍを大きくし、またｎを小さくするように制御することで、スループットを向上させる処理を行うようにしてもよい。
【００４７】
また、上述した実施の形態では、物理乱数を抵抗体１１の熱雑音から取得する例について説明をしたが、これに限定されるものではない。この物理乱数は、量子雑音から取得するものであってもよい。図６は、量子雑音から物理乱数を取得する物理乱数蒸留装置１´の構成例を示している。この物理乱数蒸留装置１´において、上述した物理乱数蒸留装置１と同一の構成要素、部材に関しては同一の符号を付すことにより、以下での説明を省略する。
【００４８】
物理乱数蒸留装置１´は、図６に示すようにレーザダイオード２１と、平衡ホモダイン検出器２２と、平衡ホモダイン検出器２２に接続されたアンプ１２と、アンプ１２に接続された閾値判定部１３と、閾値判定部１３に接続された蒸留処理部１４とを備えている。
【００４９】
平衡ホモダイン検出器２２はレーザダイオード２１から出射されたレーザ光を分離するビームスプリッタ２４と、ビームスプリッタ２４により２つの経路に分離されたレーザ光をそれぞれ受光し、光電変換するフォトダイオード（ＰＤ）２５ａ、２５ｂと、ＰＤ２５ａにより変換された電気信号の電流値Ｉ1と、ＰＤ２５ｂにより変換された電気信号の電流値Ｉ2との差分値を求める減算回路２６とを備え、減算回路２６は、減算した電流値Ｉ1−Ｉ2をアンプ１２へと出力する。
【００５０】
レーザダイオード２１は、レーザ光を発振する。そのレーザダイオード２１から発振されるレーザ光に含まれる量子雑音は、平衡ホモダイン検出器２２によって取り込まれて電気信号に変換される。この量子雑音が含まれる電気信号は、アンプ１２により増幅され、閾値判定部１３において物理乱数が割り当てられる。量子雑音も熱雑音と同様に、電流値の確率分布における互いに等面積の各領域には、２進数からなる物理乱数が割り当てられ、領域を区切る閾値ｘを介して判定が行われることとなる。蒸留処理部１４の動作は、上述した物理乱数蒸留装置１と同様である。
【００５１】
このような量子雑音から物理乱数を取得する物理乱数蒸留装置１´においても同様に、後の世代に移行するにつれて出力用乱数の乱数性がより向上し、乱数の予測不可能性、再現不可能性がより高まり、特に暗号に乱数を盛り込む際にその暗号の安全性を高めることも可能となる。
【００５２】
また物理乱数は、熱雑音や量子雑音以外の他の物理現象から取得されるものであってもよいことは勿論である。
【符号の説明】
【００５３】
１  物理乱数蒸留装置
１１  抵抗体
１２  アンプ
１３  閾値判定部
１４  蒸留処理部
２１  レーザダイオード
２２  平衡ホモダイン検出器
２４  ビームスプリッタ
２５  フォトダイオード
２６  減算回路
【図１】
2018147092.tif 000003
【図２】
2018147092.tif 000004
【図３】
2018147092.tif 000005
【図４】
2018147092.tif 000006
【図５】
2018147092.tif 000007
【図６】
2018147092.tif 000008