基于 IID 的 QPP-RNG：一种利用系统抖动驱动的随机置换排序的随机数生成器

我们提出了一种突破性的随机数生成器，通过集成量子置换垫（QPP）与系统抖动派生熵，实现真正均匀、独立且相同分布（IID）的随机性,该方法称为基于 IID 的 QPP-RNG。与传统 RNG 使用原始时序变化不同,我们的设计仅将系统抖动用于生成临时 QPP 垫,并直接从置换计数中导出 8 位输出,无需后处理。该方法利用置换排序的阶乘复杂度,系统性地累积来自动态硬件相互作用的熵,确保即使从固定种子生成非决定性输出。值得注意的是,基于 IID 的 QPP-RNG 采用 IID 最小熵估计,每字节最小熵为 7.85-7.95 位,超越 ID Quantique 的 QRNG（7.157042 位/字节），在随机性质量方面实现了突破。我们的实现采用动态种子演化协议,持续使用不可预测的系统抖动刷新内部状态,有效地将 QPP 序列与初始种子分离。跨平台验证在 macOS（x86 和 ARM）和 Windows（x86）上确认输出服从均匀分布,而符合 NIST SP 800-90B 标准的评估显示香农熵为 7.9999 位/字节。总体而言,基于 IID 的 QPP-RNG 在随机数生成领域取得了显著进展,为广泛的密码学应用提供了一种可扩展、基于系统的、仅软件的、抗量子计算安全的解决方案。