Change search
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link
Theory, Methods and Tools for Statistical Testing of Pseudo and Quantum Random Number Generators
Linköping University, Department of Electrical Engineering, Information Coding. Linköping University, The Institute of Technology.
2014 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Teori, metodik och verktyg för utvärdering av pseudo- och kvantslumpgeneratorer (Swedish)
Abstract [en]

Statistical random number testing is a well studied field focusing on pseudo-random number generators, that is to say algorithms that produce random-looking sequences of numbers. These generators tend to have certain kinds of flaws, which have been exploited through rigorous testing. Such testing has led to advancements, and today pseudo random number generators are both very high-speed and produce seemingly random numbers. Recent advancements in quantum physics have opened up new doors, where products called quantum random number generators that produce acclaimed true randomness have emerged.

Of course, scientists want to test such randomness, and turn to the old tests used for pseudo random number generators to do this. The main question this thesis seeks to answer is if publicly available such tests are good enough to evaluate a quantum random number generator. We also seek to compare sequences from such generators with those produced by state of the art pseudo random number generators, in an attempt to compare their quality.

Another potential problem with quantum random number generators is the possibility of them breaking without the user knowing. Such a breakdown could have dire consequences. For example, if such a generator were to control the output of a slot machine, an malfunction could cause the machine to generate double earnings for a player compared to what was planned. Thus, we look at the possibilities to implement live tests to quantum random number generators, and propose such tests.

Our study has covered six commonly available tools for random number testing, and we show that in particular one of these stands out in that it has a series of tests that fail our quantum random number generator as not random enough, despite passing an pseudo random number generator. This implies that the quantum random number generator behave differently from the pseudo random number ones, and that we need to think carefully about how we test, what we expect from an random sequence and what we want to use it for.

Abstract [sv]

Statistisk slumptalstestning är ett väl studerat ämne som fokuserar på så kallade pseudoslumpgeneatorer, det vill säga algorithmer som producerar slump-liknande sekvenser med tal. Sådana generatorer tenderar att ha vissa defekter, som har exploaterats genom rigorös tesning. Sådan testning har lett till framsteg och idag är pseudoslumpgeneratorer både otroligt snabba och producerar till synes slumpade tal. Framsteg inom kvantfysiken har lett till utvecklingen av kvantslumpgeneratorer, som producerar vad som hävdas vara äkta slump.

Självklart vill forskare utvärdera sådan slump, och har då vänt sig till de gamla testerna som utvecklats för pseudoslumpgeneratorer. Den här uppsatsen söker utvärdera hurvida allmänt tillgängliga slumptester är nog bra för att utvärdera kvantslumpgeneratorer. Vi jämför även kvantslumpsekvenser med pseudoslumpsekvenser för att se om dessa väsentligen skiljer sig från varandra och på vilket sätt.

Ett annat potentiellt problem med kvantslumpgeneratorer är möjligheten att dessa går sönder under drift. Om till exempel en kvantslumpgenerator används för att slumpgenerera resultatet hos en enarmad bandit kan ett fel göra så att maskinen ger dubbel vinst för en spelare jämfört med planerat. Därmed ser vi över möjligheten att implementera live-tester i kvantslumpgeneratorer, och föreslår några sådana tester.

Vår studie har täckt sex allmänt tillgängliga verktyg för slumptalstestning, och vi visar att i synnerhet ett av dessa står ut på så sätt att det har en serie av tester som slumptalen från vår kvantslumpgenerator inte anser är nog slumpade. Trots det visar samma test att sekvensen från pseudoslumpgeneratorerna är bra nog. Detta antyder att kvantslumpgeneratorn beter sig annorlunda mot pseudoslumpgeneratorerna, och att vi behöver tänka över ordentligt kring hur vi testar slumpgeneratorer, vad vi förväntar oss att få ut och hurvida detta påverkar det vi skall använda slumpgeneratorn till.

Place, publisher, year, edition, pages
2014. , 122 p.
Keyword [en]
random number testing, quantum random number generator, pseudo-random number generator, randomness, random number theory, random number testing
National Category
Probability Theory and Statistics
Identifiers
URN: urn:nbn:se:liu:diva-109634ISRN: LiTH-ISY-EX--14/4790--SEOAI: oai:DiVA.org:liu-109634DiVA: diva2:740158
Subject / course
Applied Mathematics
Presentation
2014-08-15, Systemet, A-building, Linköping University, 581 83, Linköping, 10:15 (English)
Supervisors
Examiners
Available from: 2014-09-05 Created: 2014-08-21 Last updated: 2014-09-05Bibliographically approved

Open Access in DiVA

Theory, Methods and Tools for Statistical Testing of Pseudo and Quantum Random Number Generators(1100 kB)613 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1100 kBChecksum SHA-512
e0774f6c6cf6bf73b9dfe78936570a425984e8096cab6bf0e495316bc5c7be2e87371b406ac5f492556102d5db8919fd1439c5cf459f239decec7ccb57587561
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Jakobsson, Krister Sune
By organisation
Information CodingThe Institute of Technology
Probability Theory and Statistics

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 613 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

Total: 746 hits
ReferencesLink to record
Permanent link

Direct link