基于宽带混沌熵源的多通道物理随机数产生
发布时间：2021-11-12 05:52
随机数在高速通信系统和计算机技术中扮演者不可或缺的角色。5G时代的浪潮推动着信息通讯、物联网、人工智能等产业的快速发展,使得各类信息量急剧增多,在要求系统大容量、高速的传输信息同时,相应的信息安全隐患也会随之到来。为了适应更快的通信网络形势,保障信息的安全,产生保密、可靠的随机数具有十分重要的意义。物理随机数具备足够高的熵、随机性好、难以破解等特征。但是,传统物理随机数发生器受到熵源带宽（单光子随机性、电子热噪声等）的限制,产生的随机数速率处于Mbps量级,不满足高速通信的绝对安全要求。近年来,混沌激光由于其高带宽、初值敏感等特性,正成为提取高速物理随机数的理想熵源。然而,现有的基于混沌激光的单路物理随机数发生器,受到电子模数转换器（ADC）抖动瓶颈的影响,其实时产生速率难以进一步得到提升。因此,我们提出了利用多模法布里-珀罗（FP）激光器结合滤波器件产生多路物理随机数的实验方案,通过并行处理方式可以降低对每一路通道的器件要求,可有效提高物理随机数的产生速率。此外,我们还提出一种基于非线性微环谐振腔的光子集成多位ADC的方案,为实现物理随机数的实时全光量化提供理论支持。具体而言,本文开...
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
王云才课题组提出的物理随机数发生器原理及外观
Ｗａｎｇ’ｓ?ｇｒｏｕｐ??此外，该课题组通过混沌激光技术和全光信号处理技术相融合，研制出实时速率为??１０?Ｇｂｐｓ的全光随机数样机［３３］，如图１－５所示为样机外观和原理。全光随机数发生器样??机包含混沌激光源、全光采样器和全光量化器三个部分。具体地，利用光反馈混沌激光??（ＬＤ－１）注入从激光器（ＬＤ－２）得到带宽增强的混沌光作为熵源信号。然后将锁模脉冲??激光器（ＭＬＬ）输出的１０?ＧＨｚ光脉冲作为控制时钟，对熵源信号光幅度进行采样，获??得混沌光脉冲后，被均分成两路脉冲信号，经过比较器（ＣＯＭ）延迟差分处理和电光调??制器（Ｅ０Ｍ）编码，可获得速率为１０?Ｇｂｐｓ的归零码比特流。??Ｐｈｏｔｏｎｉｃ??Ｓａｍｐｌｅｒ??ｔａｉ?？ｂ）??ＬＤ－Ｉ??－Ｉ?爾■??ｉｔ）??图１－５王云才课题组提出的全光随机数发生器样机和原理??Ｆｉｇ．?１－５?Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｆｏｌｌｙ?ｐｈｏｔｏｎｉｃ?ｒａｎｄｏｍ?ｂｉｔ?ｇｅｎｅｒａｔｏｒ?ｐｒｏｐｏｓｅｄ?ｂｙ?Ｗａｎｇ？ｓ?ｇｒｏｕｐ??５??
以再进一步提升。因此，基于混沌激光的多路产生方案被国内外学者相继提出。??２０１２年，夏光琼课题组利用混沌激光实现了并行随机数的生成［３４］。具体实验装置如??图１－６所示，互耦合注入的两个半导体激光器可以获得两路带宽在１０?ＧＨｚ以上的混沌??信号，将其作为熵源，可以同时产生码率为ｌＯＧｂｐｓ的两路并行随机数。且得到的随机??数可以成功通过ＮＩＳＴ测试。之后，该课题组［３５１对此方案的后续处理方式进行了优化，??结合了?８位ＡＤＣ量化和异或（ＸＯＲ）处理技术，将单路随机码速率提升到０．５６?Ｔｂｐｓ，最??终可以输出等效速率为１．１２Ｔｂｐｓ?（０．５６Ｔｂｐｓ?Ｘ２）的随机比特流。??ｉ?—丨⑷??ｋ?ｊｏ＊＇?丨乂ｎ丨??—〇（?ｙｂ?｝?Ｅ＾ｉ＞ｐｏｃｅａｉｒｍ?。１〇〇仙］瓜．．??ＣｌｕｉＱｓｕｇＥｕｉ?］?叱?（ｂ１）??』一．??图１－６夏光琼课题组提出的并行物理随机数产生方案??Ｆｉｇ．?１－６?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｐａｒａｌｌｅｌ?ｐｈｙｓｉｃａｌ?ｒａｎｄｏｍ?ｂｉｔｓ?ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ?ｐｒｏｐｏｓｅｄ?ｂｙ?Ｘｉａ５ｓ?ｇｒｏｕｐ??２０１４年，比利时Ｎｇｕｉｍｄｏ小组％理论证明了基于光电相位混沌实现并行随机数的??可行性。系统模型的结构如图１－７所示，该方案主要是通过延迟环路和非对称的马赫－曾??德尔（Ｍａｃｈ－Ｚｈｅｎｄｅｒ）调制器实现的。半导体激光器（ＳＬ）输出的连续光（ＣＷ）通过相位??调制器（ＰＭ）进行调制后分为两路信号，其中，一路光信号接入非对称Ｍａｃｈ－Ｚｈｅｎｄｅｒ??干涉仪和光电探测器中
【参考文献】：
期刊论文
[1]切割超连续谱实现实时、高速全光量化[J]. 郭亚,李璞,郭龑强,郭园园,郭晓敏,刘香莲,刘义铭,王云才. 激光与光电子学进展. 2018(10)
[2]一种基于热噪声的真随机数发生器的设计与实现[J]. 金杰,罗敏,宫月红. 微电子学与计算机. 2015(10)
[3]Experimental demonstration of 5-bit phase-shifted all-optical analog-to-digital converter[J]. 王杨,窦玉杰,张洪明. Chinese Optics Letters. 2013(04)
[4]基于振荡器的高性能真随机数发生器[J]. 邓焕,金荣华,陈俊,谢磊,曾晓洋,郭亚炜. 固体电子学研究与进展. 2007(03)
本文编号：3490302
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
王云才课题组提出的物理随机数发生器原理及外观
Ｗａｎｇ’ｓ?ｇｒｏｕｐ??此外，该课题组通过混沌激光技术和全光信号处理技术相融合，研制出实时速率为??１０?Ｇｂｐｓ的全光随机数样机［３３］，如图１－５所示为样机外观和原理。全光随机数发生器样??机包含混沌激光源、全光采样器和全光量化器三个部分。具体地，利用光反馈混沌激光??（ＬＤ－１）注入从激光器（ＬＤ－２）得到带宽增强的混沌光作为熵源信号。然后将锁模脉冲??激光器（ＭＬＬ）输出的１０?ＧＨｚ光脉冲作为控制时钟，对熵源信号光幅度进行采样，获??得混沌光脉冲后，被均分成两路脉冲信号，经过比较器（ＣＯＭ）延迟差分处理和电光调??制器（Ｅ０Ｍ）编码，可获得速率为１０?Ｇｂｐｓ的归零码比特流。??Ｐｈｏｔｏｎｉｃ??Ｓａｍｐｌｅｒ??ｔａｉ?？ｂ）??ＬＤ－Ｉ??－Ｉ?爾■??ｉｔ）??图１－５王云才课题组提出的全光随机数发生器样机和原理??Ｆｉｇ．?１－５?Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｆｏｌｌｙ?ｐｈｏｔｏｎｉｃ?ｒａｎｄｏｍ?ｂｉｔ?ｇｅｎｅｒａｔｏｒ?ｐｒｏｐｏｓｅｄ?ｂｙ?Ｗａｎｇ？ｓ?ｇｒｏｕｐ??５??
以再进一步提升。因此，基于混沌激光的多路产生方案被国内外学者相继提出。??２０１２年，夏光琼课题组利用混沌激光实现了并行随机数的生成［３４］。具体实验装置如??图１－６所示，互耦合注入的两个半导体激光器可以获得两路带宽在１０?ＧＨｚ以上的混沌??信号，将其作为熵源，可以同时产生码率为ｌＯＧｂｐｓ的两路并行随机数。且得到的随机??数可以成功通过ＮＩＳＴ测试。之后，该课题组［３５１对此方案的后续处理方式进行了优化，??结合了?８位ＡＤＣ量化和异或（ＸＯＲ）处理技术，将单路随机码速率提升到０．５６?Ｔｂｐｓ，最??终可以输出等效速率为１．１２Ｔｂｐｓ?（０．５６Ｔｂｐｓ?Ｘ２）的随机比特流。??ｉ?—丨⑷??ｋ?ｊｏ＊＇?丨乂ｎ丨??—〇（?ｙｂ?｝?Ｅ＾ｉ＞ｐｏｃｅａｉｒｍ?。１〇〇仙］瓜．．??ＣｌｕｉＱｓｕｇＥｕｉ?］?叱?（ｂ１）??』一．??图１－６夏光琼课题组提出的并行物理随机数产生方案??Ｆｉｇ．?１－６?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｐａｒａｌｌｅｌ?ｐｈｙｓｉｃａｌ?ｒａｎｄｏｍ?ｂｉｔｓ?ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ?ｐｒｏｐｏｓｅｄ?ｂｙ?Ｘｉａ５ｓ?ｇｒｏｕｐ??２０１４年，比利时Ｎｇｕｉｍｄｏ小组％理论证明了基于光电相位混沌实现并行随机数的??可行性。系统模型的结构如图１－７所示，该方案主要是通过延迟环路和非对称的马赫－曾??德尔（Ｍａｃｈ－Ｚｈｅｎｄｅｒ）调制器实现的。半导体激光器（ＳＬ）输出的连续光（ＣＷ）通过相位??调制器（ＰＭ）进行调制后分为两路信号，其中，一路光信号接入非对称Ｍａｃｈ－Ｚｈｅｎｄｅｒ??干涉仪和光电探测器中
【参考文献】：
期刊论文
[1]切割超连续谱实现实时、高速全光量化[J]. 郭亚,李璞,郭龑强,郭园园,郭晓敏,刘香莲,刘义铭,王云才. 激光与光电子学进展. 2018(10)
[2]一种基于热噪声的真随机数发生器的设计与实现[J]. 金杰,罗敏,宫月红. 微电子学与计算机. 2015(10)
[3]Experimental demonstration of 5-bit phase-shifted all-optical analog-to-digital converter[J]. 王杨,窦玉杰,张洪明. Chinese Optics Letters. 2013(04)
[4]基于振荡器的高性能真随机数发生器[J]. 邓焕,金荣华,陈俊,谢磊,曾晓洋,郭亚炜. 固体电子学研究与进展. 2007(03)
本文编号：3490302
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