[發明專利]一種真隨機數產生方法以及裝置

有效

• 申請號: 201410112133.8
• 申請日: 2014-03-25
• 公開（公告）號: CN103942030B
• 公開（公告）日: 2017-02-08
• 發明（設計）人: 周強
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G06F7/58
• 分類號: G06F7/58
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務所(普通合伙)51227
• 代理人: 李順德,王睿

技術領域

本發明涉及信息科學技術領域，具體涉及一種真隨機數產生方法以及裝置。

背景技術

隨機數產生在信息科學領域有著重要的應用。它可以廣泛應用在蒙特卡羅模擬、隨機過程建模和各種保密通信技術中。隨著信息科學的發展，特別是以量子物理為基礎的激光和半導體等經典技術的不斷突破，人們對于隨機數的產生進行了深入的研究。盡管已有的隨機數產生方法千差萬別、各有不同，但是研究工作集中在真隨機數的產生和測試方法，以及產生裝置的系統復雜性、成本、可靠性和參量可控性等方面。

真隨機數的產生主要利用物理系統的隨機性來實現。比如利用電子線路中的隨機噪聲、電子線路中產生的混沌信號、光學系統中的相位噪聲、混沌激光器以及量子物理的隨機性等物理基礎，人們已經從原理上論證了多種真隨機數的產生方案。其中基于電子線路中的隨機噪聲以及混沌信號的方案已有商用基礎。然而，使用電子線路中的物理過程產生隨機數的方案，其隨機二進制比特的產生速率難以進一步提升。近年來，隨著光量子信息技術、光電子技術以及光通信系統不斷成熟和發展，采用光學系統實現真隨機數產生的方案引起人們的廣泛關注。比如，利用激光器輸出光場的真空漲落和半導體激光器的混沌信號輸出，人們可以實現真隨機數的產生，這是一種利用量子物理隨機性實現真隨機數產生的經典信息技術，上述基于光學系統的經典信息技術可以實現真隨機數的高速產生，但是需要使用復雜的后級電子學輔助以實現對激光器相位噪聲或混沌特性的測量，增加了系統的復雜性；同時半導體激光器的混沌信號產生需要配合外腔反饋等精密光學控制系統，導致上述產生真隨機數的光學方案不利于進一步的向實用化發展。因此，人們需要更為簡單實用的真隨機數產生方案。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種簡單實用且能夠實現真隨機數高速產生的真隨機數產生方法。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：該真隨機數產生方法，包括以下步驟：

A、利用兩個激光光源產生兩束中心波長相同的激光，其中一束為連續光，另一束為脈沖光；

B、將上述兩個激光光源產生的兩束激光輸入至光學分/合束器中，并在光學分/合束器中實現兩束激光間的相互干涉，并從光學分/合束器的兩個輸出端口中輸出兩束激光的干涉結果；

C、將從光學分/合束器的兩個輸出端口中輸出的兩束激光的干涉結果進行光電轉換處理得到隨機變化的脈沖電信號；

D、將步驟C中得到的脈沖電信號通過模數轉換后得到相應的數字信號，接著將數字信號進行峰值采樣和多比特編碼量化，最終實現真隨機數的輸出。

進一步的是，在步驟A中，所述脈沖光產生采用直接調制的方法產生，具體方法如下所述：將脈沖泵浦激光或脈沖泵浦電流從零增加到最大直接加載到激光器的增益媒質上，實現脈沖光的輸出。

進一步的是，在步驟A中，所述脈沖光產生采用外調制的方法產生，具體方法如下所述：將脈沖電信號加載在強度調制器上，通過強度調制的辦法將一束相干特性差的直流光調制為脈沖光。

進一步的是，在步驟A中，所得到的脈沖光的任一個光脈沖均有確定的相位，且任意兩個光脈沖的相位不相關。

進一步的是，在步驟D中，在將數字信號峰值采樣和多比特量編碼化過程中，多比特編碼中編碼比特位數為N，其中N屬于自然數。

本發明還提供一種實現上述真隨機數產生方法的裝置，該真隨機數產生裝置，包括直流激光器、脈沖激光器、光學分/合束器、平衡光電探測器、模數轉換器、采樣量化編碼器，直流激光器用于產生一束連續光，脈沖激光器用于產生一束與連續光的中心波長相同的脈沖光，直流激光器的輸出端、脈沖激光器的輸出端分別與光學分/合束器的輸入端相連，光學分/合束器的輸出端與平衡光電探測器的輸入端相連，平衡光電探測器的輸出端與模數轉換器的輸入端相連，模數轉換器的輸出端與采樣量化編碼器的輸入端相連。

進一步的是，所述直流激光器的輸出端與光學分/合束器的輸入端之間設置有第一偏振控制器，所述脈沖激光器的輸出端與光學分/合束器的輸入端之間設置有第二偏振控制器。

進一步的是，所述第一偏振控制器、第二偏振控制器采用光纖繞制而成或采用帶光纖接口輸出封裝的晶體材料波片組合而成。

進一步的是，所述直流激光器為半導體激光器、氣體激光器、染料激光器、固體激光器中的任一種，所述脈沖激光器為脈沖半導體激光器、氣體激光器、染料激光器、固體激光器中的任一種。

進一步的是，所述光學分/合束器為工作范圍在紫外到遠紅外波段的自由空間光學分/合束器、光纖耦合器或集成波導耦合器。