[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

本發明涉及真隨機數源技術領域，具體涉及一種基于單光子探測器的真隨機數源產生系統及方法。系統包括：上位機、FPGA和單光子探測器（SPD），方法包括：第一步：上位機通過接口模塊向所述FPGA發送指令，寄存器模塊對所述指令進行解析，同時偽隨機數產生模塊不斷向接收端模塊發送隨機數；第二步：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；第三步：SPD接收到相應的開門觸發信號后，隨機地向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，接收端模塊的內部工作時鐘對所述探測信號進行采樣；第四步：上位機收取回傳的隨機數，并將收到的隨機數寫入文件做隨機性檢測，本發明得到的隨機數隨機性更好。

技術領域

本發明涉及真隨機數源技術領域，具體涉及一種基于單光子探測器的真隨機數源產生系統及方法。

背景技術

傳統隨機數源產生的方法主要用算法產生和物理熱噪聲芯片兩種方法產生；通過算法產生隨機數的速率可以很快，但由于算法固定，只要知道了該算法，產生的隨機數原則上即可以預測，因此得到的隨機數是仍然不是真隨機數；而使用熱噪聲芯片產生的隨機數，目前市面上雖然已有標稱速率為20MHz的隨機數芯片，但實際測試其隨機性得到的結果并不理想，即使將其降頻運行，所得到的隨機數的隨機性依舊達不到理想的效果。這對當前很多需要真隨機數源作為輸入的應用場景中顯然無法滿足需求。因此如何設計一種能夠產生完全隨機性的真隨機數源的系統及方法成為本領域亟需解決的技術問題。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提出了一種基于單光子探測器的真隨機數源產生系統及方法，相對于傳統隨機數產生方法，本發明所述的系統和方法得到的隨機數隨機性更好，符合國家密碼管理局《隨機性檢測規范》中所有規定檢測。

為了解決上述技術問題，本發明采取的技術方案為：本發明提出了一種基于單光子探測器的真隨機數源產生系統，根據本發明的實施例，包括：上位機、FPGA和單光子探測器（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（LFSR）和37bit元胞自動機移位寄存器（CASR），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（LFSR）產生的隨機數和37bit元胞自動機移位寄存器（CASR）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。

根據本發明的實施例，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。