[發明專利]真隨機數發生器

無效

• 申請號: 200810117961.5
• 申請日: 2008-08-18
• 公開（公告）號: CN101655779A
• 公開（公告）日: 2010-02-24
• 發明（設計）人: 趙建領;吳令安
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: G06F7/58
• 分類號: G06F7/58;G09C1/00
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司
• 代理人: 王 勇

技術領域

本發明涉及一種真隨機數發生器，特別涉及用于生成密碼算法的密鑰 以及各種密碼的高速真隨機數發生器。

背景技術

在目前的市場上高質量的隨機數在信息安全領域具有重要的意義，其 直接應用于加密解密、身份認證、數字簽名等領域，另外，商業上的彩票 和賭博機也同樣需要隨機數來實現不可預測性。以信息安全領域的加密算 法為例，其本質上便是一個隨機數發生器產生隨機的密鑰序列，然后用這 個密鑰序列通過某種運算來對明文信息進行加密。因此，隨機數質量的好 壞直接影響到信息的安全性。如果隨機數的質量不高，其呈現某種程度的 可預測性，這樣黑客或者其他非法用戶便可以在技術上找到規律，從而破 譯密碼。

目前，計算機以及互聯網安全系統均采用偽隨機數發生器，其是給定 一個隨機種子，然后基于某種隨機算法而產生的隨機序列。這種方法產生 的不是真正的隨機數，因為，當隨機種子和隨機算法給定后，所產生的每 一個隨機數都是確定的，可以從算法中計算出；另外，這種依靠算法的偽 隨機數發生器所產生的隨機序列經過一定長度后會出現重復現象，隨機性 也就降低了。對于需要高度安全的系統來說，偽隨機數在隨機性和安全性 方面都不夠好。

目前，有些廠商或者研究機構利用自然界的隨機物理現象研制和開發 了各種真隨機數產生設備和方法。這種方法依賴于某種物理現象的不可預 測性，例如噪聲、量子隨機性等。中科院信息安全實驗室的物理噪聲源芯 片DCS&DSTWNG-4便利用了電路的熱燥聲、接觸噪聲等隨機噪聲。目前的 方法都是規定一個鑒別幅值，然后對物理噪聲源進行采樣，如果采樣得到 的信號高于規定的鑒別幅值，則輸出1，否則輸出0。由于物理噪聲源很 容易受到溫度、壓力等環境因素的影響，抗干擾能力比較差，其產生隨機 序列的均勻性和穩定性都很難控制。中國專利申請號200410091373.0“一 種產生真隨機數的方法及其裝置”則利用強衰減激光脈沖的光子間的時間 間隙的隨機分布來提取真隨機數，這種方法需要使用昂貴的單光子探測 器，整個系統比較復雜，不便于集成和使用，而且隨機數的產生速率慢， 因為其受限于單光子探測器的速率。

發明內容

因此，本發明的任務是克服現有技術的缺陷，提供一種高速真隨機數 發生器。

本發明的真隨機數發生器，包括光發射次模塊如TOSA、至少一個光接 收次模塊如ROSA、時鐘源以及采樣裝置，其中，

所述時鐘源用于向所述光發射次模塊和采樣裝置發送時鐘信號；

所述光發射次模塊根據所述時鐘信號發射光信號；

所述光接收次模塊接收所述光信號，且所述光接收次模塊接收到的光 功率小于或等于所述光接收次模塊的探測靈敏度；

所述采樣裝置根據所述時鐘源的時鐘信號和預定的閾值對所述光接 收次模塊的輸出信號進行采樣，從而得到真隨機數序列。

上述真隨機數發生器中，還優選包括延時器，所述時鐘信號經過所述 延時器進行延時后，被送入所述采樣裝置中。

上述真隨機數發生器中，還優選包括處理模塊，所述處理模塊根據預 定的算法，對所述采樣裝置輸出的信號進行處理。

進一步地，所述處理模塊優選為可編程邏輯器件。

上述真隨機數發生器中，所述預定的閾值優選為TTL標準高電平。

上述真隨機數發生器中，優選包括多個所述光接收次模塊，并且所述 光接收次模塊為并行布置。

上述真隨機數發生器中，優選還包括用于對所述光發射次模塊輸出的 激光進行衰減的衰減器，所述衰減器優選為光纖衰減器、偏振衰減器或吸 收式衰減器。

本發明的優點是：

1.產生隨機數的質量不受環境的影響，抗干擾能力強；

2.產生的速率快。激光組件TOSA、ROSA是光通信中的產品，最快可 以達到幾個GHz，如果外部采用同樣頻率的時鐘采樣則可以每秒達到1Gbit 以上的隨機數輸出；

3.本發明還可以采用多個ROSA并行工作，這樣可以得到成倍的隨機 數輸出；

4.成本低，光電組件TOSA、ROSA成本很低，適于大規模普及和推廣。

5.采用TTL標準電平作為鑒別幅度，省略了噪聲或其他信號的采樣 比較電路，大大簡化了電路結構。

附圖說明

以下，結合附圖來詳細說明本發明的實施例，其中：