專利名稱：一種物理隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種物理真隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生技術(shù)，該技術(shù)可應(yīng)用于IT領(lǐng)域等方面。
背景技術(shù)：
隨機(jī)數(shù)在信息安全、計算機(jī)、材料科學(xué)、醫(yī)學(xué)、金融等諸多領(lǐng)域都有重要用途。通常產(chǎn)生隨機(jī)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(jī)數(shù)稱為偽隨機(jī)數(shù)，這類隨機(jī)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(jī)現(xiàn)象中提取出來的隨機(jī)數(shù)稱為真隨機(jī)數(shù)。產(chǎn)生真隨機(jī)數(shù)的物理隨機(jī)數(shù)發(fā)生器其熵源是選取自真實世界的自然隨機(jī)性，因此其產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)具有不可預(yù)測性、不能重復(fù)產(chǎn)生等優(yōu)點，在密碼學(xué)乃至信息安全等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。通常物理隨機(jī)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(jī)數(shù)的效率低下，大多數(shù)物理隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的碼率遠(yuǎn)低于偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，難以滿足實時性的應(yīng)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(jī)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(jī)數(shù)發(fā)生器模型。 混沌激光器由于其在加入一定外部擾動下能產(chǎn)生帶寬高達(dá)GHz以上的混沌激光，因而在提升隨機(jī)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(jī)數(shù)發(fā)生器，以達(dá)到能夠產(chǎn)生高碼率的隨機(jī)數(shù)，且結(jié)構(gòu)較為簡單的目的。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種物理隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，其分為三大模塊隨機(jī)熵源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊。其中隨機(jī)熵源模塊包括激光器la、激光器lb、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Ic和Id、準(zhǔn)直透鏡加、偏振控制器3a、可調(diào)衰減器4a、分束器如、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Ila組成。上述的物理隨機(jī)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(jìn)制比特流。二進(jìn)制比特流經(jīng)由邏輯處理器件做差分運算后輸出隨機(jī)序列。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點
1、相比通常的物理隨機(jī)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(jī)數(shù)。2、提出了一種簡單的雙路隨機(jī)數(shù)生成方案，日后可進(jìn)一步拓展為多通道隨機(jī)數(shù)并行輸出。3、綜合成本較為低廉。


圖1本發(fā)明基于混沌激光隨機(jī)碼發(fā)生器的結(jié)構(gòu)圖中1a和Ib 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(jī)碼發(fā)生器的另一種結(jié)構(gòu)圖中1c和Id:混沌激光器，2a:準(zhǔn)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，IOa 時鐘控制信號，Ila 邏輯處理器件。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。實施方式1:
參見圖1 混沌激光器la、混沌激光器Ib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la、Ib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lc、混沌激光器Id通過準(zhǔn)直透鏡2a、分束鏡fe、偏振控制器3a、 可調(diào)衰減器4a、分束器fe、準(zhǔn)直透鏡加依次相連，激光器la、Ib各自的另一路分支依次連接隔離器6a、光放大器7a、可調(diào)衰減器如、光電探測器8a、數(shù)據(jù)采集卡9a、邏輯處理器件 Ila0時鐘控制信號IOa分別與數(shù)據(jù)采集卡9a和邏輯處理器件Ila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(dǎo)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)。
權(quán)利要求
1.一種物理隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，其特征在于，所述發(fā)生器分為三大模塊隨機(jī)熵源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊；所述隨機(jī)熵源模塊包括激光器la、混沌激光器lb、分束器2、偏振控制器3、可調(diào)衰減器 4、隔離器5和光放大器6 ；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 ；數(shù)據(jù)處理模塊包括時鐘控制信號9和邏輯處理器件10 ；所述激光器la、混沌激光器Ib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；混沌激光器la、Ib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；所述發(fā)生器首先利用混沌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(jìn)制比特流，二進(jìn)制比特流經(jīng)由邏輯處理器件做差分運算后輸出隨機(jī)序列。
2.—種物理隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，其特征在于，所述發(fā)生器分為三大模塊隨機(jī)熵源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊；所述隨機(jī)熵源模塊包括混沌激光器Ic和Id、準(zhǔn)直透鏡加、偏振控制器3a ；可調(diào)衰減器 4a、分束器fe、光隔離器6a和光放大器7a ；所述數(shù)據(jù)采集模塊包括光電探測器8a和數(shù)據(jù)采集卡9a ；所述數(shù)據(jù)處理模塊包括時鐘控制信號IOa和邏輯處理器件Ila ；所述混沌激光器lc、混沌激光器Id通過準(zhǔn)直透鏡加、分束鏡fe、偏振控制器3a、可調(diào)衰減器4a、分束器fe、準(zhǔn)直透鏡加依次相連；激光器la、Ib各自的另一路分支依次連接隔離器6a、光放大器7a、可調(diào)衰減器如、光電探測器8a、數(shù)據(jù)采集卡9a、邏輯處理器件Ila ；時鐘控制信號IOa分別與數(shù)據(jù)采集卡9a和邏輯處理器件Ila相連；所述發(fā)生器首先利用混沌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(jìn)制比特流，二進(jìn)制比特流經(jīng)由邏輯處理器件做差分運算后輸出隨機(jī)序列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的物理隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，其特征在于，所述激光器選用商用半導(dǎo)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，參數(shù)為8 bit, 2ch, 2GS/s，邏輯處理模塊通過FPGA編程實現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種物理隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，其分為三大模塊隨機(jī)熵源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊。該物理隨機(jī)熵發(fā)生器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(jìn)制比特流。二進(jìn)制比特流經(jīng)由邏輯處理器件做差分運算后輸出隨機(jī)序列。本發(fā)明到能夠產(chǎn)生高碼率的隨機(jī)數(shù)，且結(jié)構(gòu)較為簡單。
文檔編號G06F7/58GK102354280SQ20111023437
公開日2012年2月15日 申請日期2011年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月16日
發(fā)明者吳加貴, 吳正茂, 唐曦, 夏光瓊, 林曉東, 樊利, 解宜原, 鄧濤 申請人:西南大學(xué)