[实用新型]一种产生物理随机数的装置

说明书

本实用新型提供了一种产生物理随机数的装置，所述产生物理随机数的装置包括混沌发生模块、延时遮蔽模块、干涉探测模块、模数转换模块和后处理模块，混沌发生模块用于产生混沌激光，混沌激光经延时遮蔽模块遮掩时延特征后，进入干涉探测模块并添加相位信息，然后由模数转换模块将添加相位信息的混沌光信号转换为数字信号，经后处理模块处理后输出物理随机数。产生物理随机数的装置使用改进互耦分布式反馈激光器，消除了现有的物理随机数发生器混沌带宽低以及时延特征。

技术领域

本实用新型属于混沌加密技术领域，具体涉及一种产生物理随机数的装置，其仅为一种基于改进互耦分布式反馈激光器产生物理随机数的装置。

背景技术

网络技术的发展提升了社会工作效率，提升社会生产力，尤其是5G时代的到来，更快的速度，更高的带宽，使人们之间的交流更加便捷且没有障碍。与信息速率提升同时而来的信息的安全性也受到了与日俱增的威胁。信息安全的加密离不开随机数，随机数分为真随机数和伪随机数。真随机数是从自然界中的物理熵源提取随机数，伪随机数是从固定的算法中提取接近于真实的随机数。从自然界的物理熵源提取的真随机数存在着速率低下的缺点，不适用于现在的大容量高速通信，所以高速的伪随机数产生方法成为研究的热点。

现在最前沿的研究集中于利用激光混沌来产生随机数，其优势在于激光产生的混沌具有高带宽的特性，可以用来解决随机数产生速率不足的问题，但是现有利用激光混沌来产生随机数的方式普遍存在时延特征，例如现有利用激光混沌来产生随机数的方式正是利用时延特征来解决随机数产生速率不足的问题。例如李念强、潘伟等人在2013年申请的专利《一种基于半导体环形激光器的双路并行高速随机数产生装置》(专利公告号CN103455306B)通过简单的延迟反馈制造混沌随机数，有很明显的延迟特征。又如，目前普遍使用的产生激光混沌的外腔反馈激光器，其时延特征非常明显。

2005年Jon Paul等人在IEEE Photonics Technology Letters上发表“3.5-GHzSignal Transmission in an All-Optical Chaotic Communication Scheme Using1550-nm Diode Lasers”一文中证明了在引入外部反馈环路时会具有较为明显的时延特征，2006年V.S.Udaltsov等人在Bulletin of the Russian Academy of Sciences:Physics上发表了“Time delay identification in chaotic cryptosystems ruled bydelay-differential equations”证明了现有的混沌分析技术基于时延特征有重构延迟系统的可能性，并且有信息泄密的危险；更进一步地，时延特征所带来的较低带宽不利于产生超高速的随机数。

实用新型内容

为了解决上述问题，本申请人经过多次设计和研究，提供了一种产生物理随机数的装置，其为基于改进互耦分布式反馈激光器产生物理随机数的装置，其解决了现有的物理随机数发生器混沌带宽低以及时延特征明显的缺点。

依据本实用新型的第一方面，提供一种产生物理随机数的装置，其包括混沌发生模块、延时遮蔽模块、干涉探测模块、模数转换模块和后处理模块，混沌发生模块用于产生混沌激光，混沌激光经延时遮蔽模块遮掩时延特征后，进入干涉探测模块并添加相位信息，然后由模数转换模块将添加相位信息的混沌光信号转换为数字信号，经后处理模块处理后输出物理随机数。

其中，混沌发生模块与延时遮掩模块相连，延时遮掩模块与干涉探测模块相连。干涉探测模块与模数转换模块相连，用于对混沌电信号进行采样并量化为8bit二进制数字信号；模数转换模块与后处理模块相连，将收到的8bit二进制信号相异或，取4位最低有效位作为物理随机数输出。

进一步地，延时遮蔽模块包括光隔离器、可调衰减器和啁啾布拉格光栅，可调衰减器将混沌光信号送入啁啾布拉格光栅，通过调节啁啾系数和啁啾布拉格光栅长度来达到遮蔽延时特征，提升混沌带宽的目标。