[发明专利]从激光大气湍流传输光斑图像提取真随机数的方法

说明书

本发明公开一种从激光大气湍流传输光斑图像提取真随机数的方法。该方法通过测量经过大气湍流传输的激光光斑图像，把光斑图像的光强起伏当作真实物理随机源，从其中提取二进制真随机比特序列。该方法把CCD探测器输出的光斑图像划分成像素子块阵列，计算各个像素子块的像素灰度值的总和。该方法首先排除那些像素灰度值总和的时间平均值小于给定阈值的像素子块，然后以像素子块的像素灰度值总和的时间平均值作为阈值，如果像素子块的像素灰度值总和大于阈值则产生比特1，否则产生比特0。

技术领域

本发明涉及一种从激光大气湍流传输光斑图像提取真随机数的方法，属于光信息处理技术领域。

背景技术

随机数在密码学与数据安全、蒙特卡罗仿真、随机抽奖等领域有着重要应用。目前常见的随机数生成手段是利用C/C++等编程语言软件包提供的随机函数产生伪随机数。从本质上说，伪随机数生成函数产生的随机数是先定的。数据加密应用往往要求使用真随机数。真随机数的生成要求有真实世界中的物理随机源。大气湍流具有很强的随机性，属于真实物理随机源。激光经过大气湍流传输后，会出现光强随机起伏现象。把激光光强起伏当作真实物理随机源，可以从其中提取出真随机数。由于二进制比特是计算机存储数据的本质形式，生成随机数序列实际上等效为生成二进制随机比特序列。本发明提供一种从激光大气湍流传输光斑图像提取真随机数的方法，可以实现真随机数的生成。

发明内容

本发明的目的在于提供一种从激光大气湍流传输光斑图像提取真随机数的方法，实现真随机数的生成。

本发明的技术方案是这样实现的：一种从激光大气湍流传输光斑图像提取真随机数的方法，其特征在于：需要使用激光发射装置和激光接收与探测装置；激光发射装置包括激光器和激光发射天线；激光接收与探测装置包括激光接收天线、CCD探测器和计算机系统；激光器发出的激光信号A001经激光发射天线发射到大气湍流信道中，激光信号A001经大气湍流信道传输后进入激光接收天线的接收口径，被激光接收天线接收的激光信号A001入射到CCD探测器上，CCD探测器输出的光斑图像A002被传送给计算机系统，计算机系统从光斑图像A002中提取真随机数；具体实现步骤如下：

步骤Step101：使激光器正常工作并发出激光信号A001，使CCD探测器正常工作并输出光斑图像A002；

步骤Step102：令计数器Counter＝1；在计算机系统的内存中创建一个包含M行、N列元素的二维数组ARRAY，数组ARRAY的每个元素存储一个列表VLIST，列表VLIST的每个元素存储一个表示图像像素灰度值之和的实数；令数组ARRAY的每个元素存储的列表VLIST为空；

步骤Step103：如果CounterNUM，则转步骤Step106；

步骤Step104：获得CCD探测器输出的被传送给计算机系统的一帧光斑图像A002，并执行如下两个子步骤：

步骤Step104-1：把光斑图像A002的整个像素阵列划分成包含M行、N列像素子块的像素子块阵列A003，阵列A003的第m行、第n列像素子块包含光斑图像A002的从第i₁行至第i₂行、第j₁列至第j₂列的像素，m＝1,2,…,M，n＝1,2,…,N，其中如果mM，则否则i₂＝L_Row，如果nN，则否则j₂＝L_Col，L_Row为光斑图像A002的像素行数，L_Col为光斑图像A002的像素列数，表示对x向下取整；

步骤Step104-2：对于m＝1,2,…,M，n＝1,2,…,N，在数组ARRAY的第m行、第n列元素存储的列表VLIST的末尾添加一个元素B001，把元素B001赋值为阵列A003的第m行、第n列像素子块的像素的灰度值之和；