量子随机数生成器在虚拟现实系统中的安全认证机制研究.pdf

量子随机数生成器在虚拟现实系统中的安全认证机制研究1

量子随机数生成器在虚拟现实系统中的安全认证机制研究

摘要

本研究报告系统探讨了量子随机数生成器（QRNG）在虚拟现实（VR）系统安全

认证机制中的应用价值与实现路径。随着虚拟现实技术在教育、医疗、工业等领域的广

泛应用，其安全认证体系面临日益严峻的挑战。传统伪随机数生成器存在的可预测性缺

陷为VR系统带来潜在安全隐患。本研究基于量子力学基本原理，提出将QRNG技术

融入VR安全认证框架，构建不可预测、不可复制的安全认证体系。报告通过理论分

析、技术路线设计和实施方案规划，论证了QRNG在VR系统中的技术可行性与安全

优势。研究预期成果包括一套完整的QRNGVR安全认证原型系统、相关技术标准草案

以及性能评估报告。本报告对提升我国VR产业安全水平、推动量子技术实用化具有重

要意义，符合国家”十四五”数字经济发展规划和量子科技发展战略要求。

引言与背景

1.1研究背景与意义

虚拟现实技术作为新一代信息技术的典型代表，正在全球范围内引发产业变革。据

国际数据公司（IDC）统计，2023年全球VR/AR市场规模达到137亿美元，预计2027

年将突破500亿美元。我国VR产业保持高速增长态势，2023年市场规模达580亿元

人民币，同比增长42.3%。随着VR技术在关键基础设施领域的应用深化，其安全性问

题日益凸显。传统VR系统采用伪随机数生成器（PRNG）进行安全认证，存在可预测

性和重复性风险，难以满足高安全等级场景需求。

量子随机数生成器基于量子力学基本原理，具有真随机、不可预测的特性，是解决

VR安全认证问题的理想技术路径。将QRNG技术引入VR系统，不仅能提升认证安

全性，还能推动量子技术与信息技术的融合创新。本研究旨在探索QRNG在VR安全

认证中的实现机制，为构建自主可控的VR安全体系提供技术支撑，对落实国家网络安

全战略、促进数字经济健康发展具有重要现实意义。

1.2国内外研究现状

国外对QRNG技术的研究起步较早，瑞士IDQuantique公司已推出商用QRNG

产品，应用于金融、通信等领域。美国国家标准与技术研究院（NIST）发布了SP80090B

标准，对随机性检测方法进行了规范。在VR安全领域，美国Meta公司正在探索基于

硬件安全模块（HSM）的认证方案，但尚未涉及量子技术。

国内方面，中国科学技术大学、清华大学等高校在QRNG基础研究方面取得突破，

研制出高速QRNG原型系统。工信部发布的《虚拟现实产业发展行动计划

量子随机数生成器在虚拟现实系统中的安全认证机制研究2

年）》明确提出要加强VR安全技术攻关。然而，目前国内尚未有QRNG在VR系统

中应用的成熟案例，相关技术标准仍属空白。本研究将填补这一领域的研究空白，推动

我国VR安全技术的自主创新。

1.3研究内容与框架

本报告系统研究QRNG在VR安全认证中的应用机制，主要内容包括：分析VR

系统安全认证现状与挑战；研究QRNG技术原理与实现方法；设计QRNGVR融合安

全认证架构；开发原型系统并进行性能评估；提出技术标准与产业化建议。报告采用理

论分析与实验验证相结合的研究方法，构建完整的技术路线图，为实际应用提供科学依

据。

研究概述

2.1研究目标

本研究旨在构建基于QRNG的VR安全认证体系，实现三个层次的目标：技术层

面，开发集成QRNG的VR安全认证原型系统，认证响应时间控制在100毫秒以内，

随机性通过NISTSP80022测试；应用层面，在教育培训、工业仿真等典型场景进行示

范应用，验证系统实用性；产业层面，形成QRNGVR安全认证技术标准草案，推动产

业生态建设。

2.2研究范围

研究范围涵盖三个维度：技术维度包括QRNG硬件选型、随机数提取算法、VR

认证协议优化等；应用维度聚焦教育、医疗、工业三大VR应用领域；标准维度涉及安

全等级划分、接口规范、测试方法等。研究将重点解决QRNG与VR系统的集成难题，

确保兼容性与性能平衡。

2.3创新点

本研究的创新主要体现在三个方面：首次将QRNG技术引入VR安全认证领域，

提出