[發(fā)明專利]一種物理隨機數(shù)發(fā)生器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110234371.2
• 申請日: 2011-08-16
• 公開（公告）號: CN102354280A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發(fā)明（設計）人: 夏光瓊;吳正茂;吳加貴;唐曦;林曉東;鄧濤;解宜原;樊利
• 申請（專利權）人: 西南大學
• 主分類號: G06F7/58
• 分類號: G06F7/58
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 康海燕

技術領域

本發(fā)明涉及一種物理真隨機數(shù)的產(chǎn)生技術，該技術可應用于IT領域等方面。

背景技術

隨機數(shù)在信息安全、計算機、材料科學、醫(yī)學、金融等諸多領域都有重要用途。

通常產(chǎn)生隨機數(shù)的方法可劃分為兩大類：基于軟件的方法和基于物理硬件的方法。利用算法通過編程運算產(chǎn)生的隨機數(shù)稱為偽隨機數(shù)，這類隨機數(shù)容易產(chǎn)生但較易被攻擊破解；另一類從真實物理世界的隨機現(xiàn)象中提取出來的隨機數(shù)稱為真隨機數(shù)。

產(chǎn)生真隨機數(shù)的物理隨機數(shù)發(fā)生器其熵源是選取自真實世界的自然隨機性，因此其產(chǎn)生的隨機數(shù)具有不可預測性、不能重復產(chǎn)生等優(yōu)點，在密碼學乃至信息安全等領域有著廣泛的應用前景。通常物理隨機數(shù)發(fā)生器選取電阻器件中的熱噪聲、振蕩器中的頻率抖動等現(xiàn)象作為熵源。然而采用這些方法產(chǎn)生高質(zhì)量真隨機數(shù)的效率低下，大多數(shù)物理隨機數(shù)發(fā)生器的碼率遠低于偽隨機數(shù)發(fā)生器，難以滿足實時性的應用要求，因此需要探尋新型的物理熵源。

而混沌系統(tǒng)具有非周期、類噪聲、寬頻譜、對初始條件敏感等特性，這些特性與隨機序列的性質(zhì)是基本吻合的。因此混沌系統(tǒng)是一類天然的性能優(yōu)良的隨機數(shù)發(fā)生器模型?；煦缂す馄饔捎谄湓诩尤胍欢ㄍ獠繑_動下能產(chǎn)生帶寬高達GHz以上的混沌激光，因而在提升隨機數(shù)碼率方面，與其他物理熵源相比有著巨大的優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種基于混沌激光熵源的雙路物理隨機數(shù)發(fā)生器，以達到能夠產(chǎn)生高碼率的隨機數(shù)，且結(jié)構較為簡單的目的。

本發(fā)明的技術方案如下：

一種物理隨機數(shù)發(fā)生器，其分為三大模塊：隨機熵源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊。

其中隨機熵源模塊包括激光器1a、激光器1b、分束器2、偏振控制器3、可調(diào)衰減器4、光放大器6或由混沌激光器1c和1d、準直透鏡2a、偏振控制器3a、可調(diào)衰減器4a、分束器5a、光隔離器6a、光放大器7a組成。

數(shù)據(jù)采集模塊包括光電探測器7和數(shù)據(jù)采集卡8或由光電探測器8a、數(shù)據(jù)采集卡9a組成。

數(shù)據(jù)處理模塊為時鐘控制信號9和邏輯處理器件10或由時鐘控制信號10a、邏輯處理器件11a組成。

上述的物理隨機熵發(fā)生器基本原理：首先利用激光器相互耦合實現(xiàn)雙路混沌激光輸出，輸出的兩路混沌激光通過偏振控制器、可調(diào)衰減器、分束器、隔離器、光放大器控制元件后經(jīng)光電探測器轉(zhuǎn)換成電信號，再由數(shù)據(jù)采集模塊轉(zhuǎn)換成二進制比特流。二進制比特流經(jīng)由邏輯處理器件做差分運算后輸出隨機序列。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1、相比通常的物理隨機數(shù)發(fā)生器，因采用混沌激光做熵源，較易產(chǎn)生高碼率的隨機數(shù)。

2、提出了一種簡單的雙路隨機數(shù)生成方案，日后可進一步拓展為多通道隨機數(shù)并行輸出。

3、綜合成本較為低廉。

附圖說明

圖1本發(fā)明基于混沌激光隨機碼發(fā)生器的結(jié)構圖；

圖中：1a和1b：混沌激光器，2：分束器，3：偏振控制器，4：可調(diào)衰減器，5：隔離器，6：光放大器，7：光電探測器，8：數(shù)據(jù)采集卡，9：時鐘信號，10：邏輯處理器件

圖2本發(fā)明基于混沌激光隨機碼發(fā)生器的另一種結(jié)構圖；

圖中：1c和1d：混沌激光器，2a:?準直透鏡，3a：偏振控制器，4a：可調(diào)衰減器，5a：分束器，6a：隔離器，7a：光放大器，8a：光電探測器，9a：數(shù)據(jù)采集卡，10a：時鐘控制信號，11a：邏輯處理器件。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。

實施方式1：

參見圖1：混沌激光器1a、混沌激光器1b通過分束器2、偏振控制器3、可調(diào)衰減器4、分束器2相連，激光器1a、1b各自的另一路分支依次連接隔離器5、光放大器6、可調(diào)衰減器4、光電探測器7、數(shù)據(jù)采集卡8、邏輯處理器件10。時鐘控制信號9分別與數(shù)據(jù)采集卡8和邏輯處理器件10相連。

實施方式2：

參見圖2：混沌激光器1c、混沌激光器1d通過準直透鏡2a、分束鏡5a、偏振控制器3a、可調(diào)衰減器4a、分束器5a、準直透鏡2a依次相連，激光器1a、1b各自的另一路分支依次連接隔離器6a、光放大器7a、可調(diào)衰減器4a、光電探測器8a、數(shù)據(jù)采集卡9a、邏輯處理器件11a。時鐘控制信號10a分別與數(shù)據(jù)采集卡9a和邏輯處理器件11a相連。

圖1、圖2中，混沌激光器均選用武漢電信器件有限公司商用半導體激光器（LDM5S515-005），中心波長1550nm。光電探測器選用New?Focus?1544-B，數(shù)據(jù)采集卡選用Agilent?U1071A數(shù)據(jù)采集卡（8?bit,?2ch,?2GS/s），邏輯處理模塊通過FPGA編程實現(xiàn)。