[發明專利]一種基于單光子探測器的真隨機數源產生系統及方法

有效

• 申請號: 201611255369.2
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN106775585B
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發明（設計）人: 王宇;丁冬平;蘇琦;李曉哲;黃敦峰
• 申請（專利權）人: 北京信息科學技術研究院;安徽問天量子科技股份有限公司
• 主分類號: G06F7/58
• 分類號: G06F7/58
• 代理公司: 北京連城創新知識產權代理有限公司 11254
• 代理人: 郝學江

1.一種基于單光子探測器的真隨機數源產生系統產生真隨機數源的方法，其中，所述真隨機數源產生系統包括：上位機、FPGA和單光子探測器，即SPD，其中，所述上位機和所述FPGA相連，用于向所述FPGA發送控制信息，所述FPGA分別與所述上位機和所述SPD相連；所述FPGA包括：接口模塊、寄存器模塊、發送端模塊、接收端模塊和偽隨機數產生模塊，其中，所述接口模塊與所述寄存器模塊相連；所述寄存器模塊分別與所述接口模塊、發送端模塊和接收端模塊相連，用于對控制信息進行解析；所述發送端模塊分別與所述寄存器模塊和所述SPD相連，用于向所述SPD發送開門觸發信號以及SPD的雪崩閾值電壓；所述接收端模塊分別與所述寄存器模塊、偽隨機數產生模塊和所述SPD相連，用于采集所述SPD發出的探測信號和接收所述偽隨機數產生模塊產生的隨機數，所述接收端模塊包括：內部工作時鐘，用于對所述探測信號進行采樣，當采集到的探測信號為高電平時，則所述接收端模塊將此時收到的來自所述偽隨機數產生模塊產生的隨機數回傳給所述上位機，當采集到的探測信號為低電平時，則丟棄此時收到的來自所述偽隨機數產生模塊產生的隨機數；所述偽隨機數產生模塊與所述接收端模塊相連，用于產生隨機數并將產生的隨機數發送至所述接收端模塊，所述偽隨機數產生模塊包括：43bit線性移位反饋寄存器和37bit元胞自動機移位寄存器，所述偽隨機數產生模塊產生隨機數的方式為：分別在所述43bit線性移位反饋寄存器產生的隨機數和37bit元胞自動機移位寄存器產生的隨機數中，各選取16bit位寬的隨機數進行異或運算，將異或運算后的隨機數傳遞給所述接收端模塊；所述SPD分別與所述FPGA中的發送端模塊和接收端模塊相連，用于接收所述發送端模塊發送的開門觸發信號且完全隨機地向所述接收端模塊發送探測信號，所述探測信號為暗記數信號；

其特征在于，所述方法包括以下步驟：

第一步：所述上位機通過接口模塊向所述FPGA發送控制信息，所述FPGA中的程序進行加載，所述寄存器模塊對所述控制信息進行解析，同時所述偽隨機數產生模塊進入工作狀態，不斷向所述接收端模塊發送所述偽隨機數產生模塊產生的隨機數；

第二步：通過所述寄存器模塊解析后的控制信息控制所述發送模塊向所述SPD發送對應頻率的開門觸發信號以及所述SPD的雪崩閾值電壓，調整所述SPD的暗記數信號水平；

第三步：所述SPD接收到相應的開門觸發信號后，隨機地向所述接收端模塊發送探測信號，所述接收端模塊采集所述SPD發送的探測信號，所述接收端模塊的內部工作時鐘對所述探測信號進行采樣，當采集到的探測信號為高電平時，則所述接收端模塊將此時收到的來自所述偽隨機數產生模塊產生的隨機數回傳給所述上位機，當采集到的探測信號為低電平時，則丟棄此時收到的來自所述偽隨機數產生模塊產生的隨機數；

第四步：所述上位機收取所有由所述FPGA回傳的隨機數數據，并將收到的隨機數寫入文件；

第五步：對寫入所述文件的隨機數做隨機性檢測。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述接口模塊為USB2.0接口模塊，所述上位機和FPGA通過USB2.0接口模塊進行通信，所述FPGA與所述SPD通過同軸電纜相連。