一种基于金刚石生成随机数的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于金刚石生成随机数的方法及装置，方法包括：(1)将激光聚焦于含有光致发光缺陷的金刚石样品上，并收集金刚石样品产生的荧光信号；(2)对荧光信号中光子到达时间信号进行处理获得随机数。装置包括：激光器、金刚石样品、信号采集模块和信号处理模块；金刚石样品为含有光致发光缺陷的金刚石样品，激光器发射的激光聚焦在金刚石样品上激发金刚石样品产生荧光信号；信号采集模块用于收集荧光信号；信号处理模块用于对荧光信号中光子到达时间信号进行处理获得随机数。

【技术实现步骤摘要】
一种基于金刚石生成随机数的方法及装置
本专利技术属于随机数产生
，更具体地，涉及一种基于金刚石生成随机数的方法及装置。
技术介绍
随机数在密码学中十分重要，有三个检测标准：(1)统计学为随机性；(2)密码学安全为随机性；(3)真随机性。根据这三个标准，随机数被分成三类：(1)伪随机数；(2)密码学安全的伪随机数；(3)真随机数。随机数发生器是用来产生一个二进制序列随机数的器件，在通讯、密码学、数字加密等信息领域，以及蒙特卡洛模拟、数值计算、神经网络计算等仿真领域，甚至在博彩行业都有广泛而重要的应用。一般的随机数产生都是通过特定的算法来实现，它们并不是真正的随机，只是有着类似于随机数的统计特征。这样的生成器都是伪随机数生成器。无论是物理噪音、抛硬币等等都是可被观察了解的，任何基于经典力学产生的随机数，都只是伪随机。真正的随机数必须同时满足上述的三个标准，具体说即为：1的数量大致等于0的数量；给定随机样本的一部分和随机算法，不能有效的演算出随机样本的剩余部分；随机样本不可重现。真正的随机从目前看来只能通过量子力学效应来产生。目前已有的基于单个光子探测的量子随机数发生器主要基于对量子比特状态测量、对时间模式测量、对空间模式的测量以及对多光子数态的测量。通过宏观光探测器也可以产生随机数，基于真空涨落和自发辐射。很多随机数产生器的源头都是激光器，从激光器中发出的光子通过各种光路最后被探测，转换成随机信号，也有通过混沌激光直接产生随机数，总的来说这些方法因为需要利用到激光的各种效应来产生随机数，因此都需要比较复杂的光路。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于金刚石生成随机数的方法，旨在解决现有技术中产生随机数的方法都需要复杂的光路配合的问题。本专利技术提供了一种基于金刚石生成随机数的方法，包括下述步骤：(1)将激光聚焦于含有光致发光缺陷的金刚石样品上，并收集所述金刚石样品产生的荧光信号；(2)对所述荧光信号中光子到达时间信号进行处理获得随机数。其中，激光的波长为250nm～800nm。更进一步地，在步骤(2)中对光子到达时间信号进行处理具体为：对探测器采集到一系列光子信号的时间数据求平均间隔，通过该平均间隔对整个探测器采集到的数据进行分段，若在某一时间段内有光子到达，即标记该时间段对应为‘1’，若在某一时间段内没有光子到达，则标记该时间段对应为‘0’，将整个数据转化成一串由0和1构成的数字序列，在经过后处理后生成随机数信号。本专利技术还提供了一种生成随机数的装置，包括：激光器、金刚石样品、信号采集模块和信号处理模块；所述金刚石样品为含有光致发光缺陷的金刚石样品，所述激光器发射的激光聚焦在所述金刚石样品上激发所述金刚石样品产生荧光信号；所述信号采集模块用于收集所述荧光信号；所述信号处理模块用于对所述荧光信号中光子到达时间信号(t1，t2，t3，t4，......，tn)进行处理获得随机数。更进一步地，信号处理模块包括：平均间隔时间获取单元，用于获得光子到达时间t1，t2，t3，t4，......，tn的平均间隔时间tgap；片段分割单元，用于将所有的光子到达时间信号按照平均间隔时间分成一系列小片段l1，l2，l3，......，lm；随机数获取单元，用于如果存在一个或者多个ti正好处于片段li的范围中，则li代表1，反之代表0，则可以得到一串由0和1构成的数字串其长度和步骤中片段个数m相同；并对所述数字串进行处理后获得随机数。本专利技术还提供了一种基于金刚石生成随机数的方法，包括下述步骤：含有光致发光缺陷的金刚石样品发出的光被分为两束，通过检测两束光子到达的位置获得随机数。其中，通过检测两束光子到达的位置获得随机数具体为：在A、B两点进行光子检测，在A处检测到光子记为‘0’，在B处检测到光子记为‘1’，将这些信号按照光子到达的时间进行排序，即可以获得一个串由0和1组成的数字序列，在经过后处理后生成随机数信号。本专利技术还提供了一种生成随机数的装置，包括：金刚石样品、分束器、第一探测器、第二探测器和信号处理模块；所述金刚石样品为含有光致发光缺陷的金刚石样品，其发出的光被所述分束器分为两束，所述第一探测器用于探测第一束光，所述第二探测器用于探测第二束光，所述信号处理模块用于对第一束光和第二束光中光子到达的位置进行处理获得随机数。更进一步地，信号处理模块包括：排序单元，用于将第一探测器得到的时间信号(t11，t12，t13，......t1n)和第二探测器得到的时间信号(t21，t22，t23，......，t2m)按照时间顺序合并排列(如t11，t12，t21，t14，t22，.......，t1n，t2m)；随机数获取单元，用于将第一探测器测得的信号记为1(或0)，第二探测器得到的信号记为0(或1)，并将合并后的时间序列转化成由0和1构成的数字串，且其长度等于m+n；并对所述数字串进行处理后获得随机数。通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于本专利技术不需要复杂光路系统，能够取得更稳定、可靠，并且可以使产品小型化的有益效果。且本专利技术中的装置所依赖的光源十分稳定，不存在光致漂白等现象，能够取得更可靠、更稳定的有益效果。附图说明图1是金刚石中氮、空位中心能级图；图2是通过第一种方法产生随机数的装置示意图；图3是通过第二种方法产生随机数的装置示意图；图4是对实施例1产生的随机数用NIST开发的检测工具检测结果；图5是氮-空位中心的吸收和发射光谱，靠左侧曲线表示吸收光谱，靠右侧曲线表示发射光谱；图6是硅-空位中心的光致发光谱；图7是N3中心的吸收和发射光谱，实线为吸收光谱，虚线为发射光谱；图8是H3中心的吸收和发射光谱，实线为吸收光谱，虚线为发射光谱；具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术涉及的材料是金刚石，金刚石中有很多种结构有发光效应如氮-空位中心(吸收和发射光谱见图5)、硅-空位中心(发射波长集中在730-740nm之间，光致发光谱见图6)、N3中心(吸收和发射光谱见图7)、H3(吸收和发射光谱见图8)中心等其他光致金刚石光致发光缺陷。以下仅以金刚石中的氮-空位中心(Nitrogen-vacancycenter，NVcenter)，能级结构见图1，该结构在特定波长(尤其500nm附近)的激光照射下会根据量子效应激发出非常稳定的荧光，荧光波长范围在550nm至800nm之间，颜色主要以红色为主。且这种荧光非常稳定，没有光致漂白。在本专利技术中采取金刚石样品作为光源产生随机数。本专利技术中主要通过以下两种方法来产生随机数：第一种方法为：将特定波长(250-800nm)的激光聚焦于含有光致发光缺陷的金刚石样品上(根据不同的缺陷结构选择不同的激光波长)，并收集该结构产生的荧光，将其荧光光子的到达时间作为产生随机数的原始数据，通过对原始数据进行后处理，即可产生随机数，如图2所示。信号的产生模块主要包括：激光器、含有可光致发光结构的金刚石样品。通过照射不同光致发光结构所需要的激光到样品中，激发样品产生荧光信号。信号采集模块使用光子探测器将所采集到的信号传递给信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于金刚石生成随机数的方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)将激光聚焦于含有光致发光缺陷的样品上，并收集所述样品产生的荧光信号；(2)对所述荧光信号中光子到达时间信号进行处理获得随机数。

【技术特征摘要】
1.一种基于金刚石生成随机数的方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)将激光聚焦于含有光致发光缺陷的样品上，并收集所述样品产生的荧光信号；(2)对所述荧光信号中光子到达时间信号进行处理获得随机数。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光的波长为250nm～800nm。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中对光子到达时间信号进行处理具体为：对探测器采集到一系列光子信号的时间数据求平均间隔，通过该平均间隔对整个探测器采集到的数据进行分段，若在某一时间段内有光子到达，即标记该时间段对应为‘1’，若在某一时间段内没有光子到达，则标记该时间段对应为‘0’，将整个数据转化成一串由0和1构成的数字序列，在经过后处理后生成随机数信号。4.一种生成随机数的装置，其特征在于，包括：激光器、样品、信号采集模块和信号处理模块；所述样品为含有光致发光缺陷的样品，所述激光器发射的激光聚焦在所述样品上激发所述样品产生荧光信号；所述信号采集模块用于收集所述荧光信号；所述信号处理模块用于对所述荧光信号中光子到达时间信号进行处理获得随机数。5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述信号处理模块包括：平均间隔时间获取单元，用于获得光子到达时间t1，t2，t3，t4，......，tn的平均间隔时间tgap；片段分割单元，用于将所有的光子到达时间信号按照平均间隔时间分成一系列小片段l1，l2，l3，......，lm；随机数获取单元，用于如果存在一个或者多个ti正好处于片段li的范围中，则li代表1，反之代表0，则可以得到一串...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚牧桑，余民，杨朋成，蔡建明，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42