[发明专利]基于色散曲线管理控制的全光混沌高速随机数发生方法

说明书

本发明公开了一种基于色散曲线管理控制的全光混沌高速随机数发生方法，包括以下步骤：1、调节激光器的偏置电流；2、改变所述激光器产生激光的输出偏振态；3、通过光环型器将所述激光通过光隔离器注入色散曲线管理模块，然后将输出的光信号功分成两路，第一路用于产生随机数信号，第二路用于形成外环反馈光；4、所述第一路自注入回所述激光器，激发出混沌激光信号；5、所述第二路通过信号检测器产生混沌电信号，然后通过高速示波器将所述混沌电信号检测出来并数字化，通过TCP/IP协议传输给电脑端；6、在所述电脑端通过串口协议来管理所述色散曲线管理模块的色散曲线，并对所述高速示波器传回的数据进行电域后处理，产生高速物理随机数序列。

技术领域

本发明涉及安全通信领域，尤其涉及一种基于色散曲线管理控制的全光混沌高速随机数发生方法。

背景技术

随机数分为两类，一类是基于特定算法，由初始种子迭代产生的伪随机数，另一类是基于物理随机过程产生的物理随机数。前者的非预测性差，而且存在一定的周期，后者更加具有非确定性，是一种趋于真随机数的随机数熵源。

高速物理随机数发生器涉及以下两方面的技术：

1、高带宽、高随机性的物理熵源；

2、合理的后处理方式。

一方面，传统的物理随机数发生器的熵源有以下几种：

1、电子器件的热噪声(CN85102755A)；

2、二极管的散射粒子噪声(WO03098428)；

3、放射源的衰减过程；

4、晶振的频率漂移；

5、量子运动方向，到达时间，极化状态；

6、混沌电路；

7、光混沌。

噪声源的随机性良好，但是信号较小，检测难度大，易受电器件的干扰，而且信号时间序列的产生速率一般在Mbps，难以超过Gbps，除了混沌熵源外，其他的物理熵源都难以直接产生Gbps以上的信号时间序列，因此混沌物理过程作为实现高速随机数发生器的物理熵源广受关注。

混沌激光具有高带宽、类噪声、非预测性等优势，利用混沌激光作为物理熵源可实现Gbps量级的随机数发生器，而且混沌激光的带宽可以通过改变外腔反馈腔长，多激光外注入等方式拓宽至30GHz，甚至更宽，因此其潜在能力相当巨大，甚至可以通过后处理的方式实现Tbps量级的随机数发生器。

另一方面，虽然混沌激光作为随机数发生器的熵源具有类噪声、无法预测等良好的随机特性，但是其内在的相关性使其无法直接产生物理随机数，所以通常需要通过一定的信号处理方式来消除其相关性，同时满足随机数统计均匀的特性。

其中，可行的信号处理方式有：

1、通过光域处理来平坦信号的频谱，消除信号的相关性；

2、通过电域的后处理方式来消除信号的相关性，均匀化信号的统计分布。

现有技术多采用后者，即采用高带宽熵源和合理的后处理相结合的方式，虽然已经实现了Tbps量级的随机数发生器，但是受限于电域器件的带宽和处理速度，这些方法一般都是通过离线处理的方式实现的，很难实现实时随机数发生器。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种通过光域处理来产生高随机性信号以减小电域后处理复杂度的方式来发生高速随机数的方法，并验证采用此方法实现实时随机数发生器的可行性。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何处理光域信号来平坦化信号频谱，减弱信号相关性，以及如何通过电域后处理的方式来优化信号的统计均匀性并消除相关性。