一种基于半导体激光器的三方同步随机数产生方法技术

本发明专利技术公开了一种基于半导体激光器的三方同步随机数产生方法。该发明专利技术属于光信息处理技术领域，主要应用于光通信网络。所述的方法如附图所示，包括四个半导体激光器SL，三个可调光延时线VODL，十三个光耦合器OC，六个光电探测器PD，九个光隔离器ISO，三个光衰减器ATT，三个模数转换器ADC，三个二进制加法器XOR。通过三方信息协商后，每个RBG输出的二进制序列具有真随机数的特点。本发明专利技术在保证了产生真随机数的情况下，速率高，并且鲁棒性好，可以在三个用户间产生完全同步的随机数。

A method of generating three-way synchronous random number based on semiconductor laser

【技术实现步骤摘要】
一种基于半导体激光器的三方同步随机数产生方法
一种基于半导体激光器的三方同步随机数产生方法，属于光通信
，具体涉及一种三方同步随机数产生器设计方法以及三方信息协商方法。
技术介绍
相比于传统的随机数产生方式，基于半导体混沌激光器的随机数产生器，在产生速率和随机性方面有很大的优势。其中高速率是随机数在光通信中的关键需求之一。研究发现，混沌激光因其高带宽的特性，基于半导体混沌激光器可以用做物理熵源，以解决物理随机数实时生成速率不足的问题。就目前的研究进展而言，随机数产生器主要是通过固定算法来产生的伪随机数，这种伪随机数并不是真正意义上的随机数。利用混沌半导体激光器作为物理熵源，利用模数转换器ADC采样后，可以得到物理意义上的真随机数。目前的基于半导体激光器的同步随机数产生器主要集中在双方同步随机数的产生，然而在实际通信或其他数学应用中，如核物理学中，通常需要多个同步的真随机数来满足需求。
技术实现思路
鉴于以上陈述的已有技术的不足，本专利技术旨在提供一种能实现三方同步的随机数产生方法。本专利技术的目的是通过如下手段来实现的。一种基于半导体激光器的三方同步随机数产生方法，包括四个半导体激光器SL，三个可调光延时线VODL，十三个光耦合器OC，六个光电探测器PD，九个光隔离器ISO，三个光衰减器ATT，三个模数转换器ADC，三个二进制加法器XOR；该方法中的每个随机数产生器的内部构造完全相同，以RBG1为例，其特征在于，公共激光器CommonSL的输出端和输入端与OC1的一端相连，OC1的另一端和OC2的一端相连；OC2的另一端分别连接到ISO1输入端和ISO2的输出端；ISO2的输入端与ATT的输出端相连；ATT的输入端与ISO1的输出端连接到OC3的一端；OC3的另一端和ISO3的输入端与OC4的一端相连；SL1的输入端和输出端与OC4的另外一端相连；ISO3的输出端与OC5的输入端相连；OC5输出端的两部分分别与PD1和VODL输入端相连；VODL的输出端与PD2的输入端相连；PD1，PD2的输出端与ADC的输入端相连；ADC的两个输出与二进制加法器XOR的两个输入端相连；XOR输出端经过信息协商方法后，得到最终的同步随机数SRB。经以上设计后，三个随机数产生器RBG1，RBG2，RBG3输出完全同步的随机数SRB。本专利技术基于半导体激光器的三方同步随机数产生方法和已报道的随机数产生方法相比有如下优点：高鲁棒性，在三个激光器之间存在失谐时，仍然可以在较大参数范围内达到同步；随机数的随机性能好，经过信息协商后的随机数通过了NIST的十五项测试；随机数生成速率高，可以达到10Gb/s的随机数生成速率；利用半导体激光器在三方实现同步生成的随机数，实用性更高。附图说明图1为本专利技术装置的系统框图；图2为SL1，SL2，SL3的输出时域图，采样产生的随机数RB1，RB2，RB3，以及三个随机数序列RB1，RB2，RB3的相关函数图；图3为进行三方信息协商的方法图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施例作详细说明：本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作流程，但本专利技术的保护范围不限于下属的实施例。如图1所示，本专利技术方案由四个半导体激光器CommonSL，SL1，SL2，SL3，三个可调光延时线VODL，十三个光耦合器OC，六个光电探测器PD，九个光隔离器ISO，三个光衰减器ATT，三个模数转换器ADC，三个二进制加法器XOR组成。所述的CommonSL与三个激光器SL1，SL2，SL3非对称互注入，使得所有激光器产生混沌波形；SL1，SL2，SL3的输出通过OC后分为两部分；一部分直接进入ADC采样生成二进制序列；另一部分经过VODL后再进入ADC采样生成二进制序列；将两个二进制序列通过XOR输出随机序列RB1；同样的操作下可以得到随机序列RB2，RB3，经过信息协商后，三方得到三个完全同步的随机序列SRB。本实例中，方法的具体实施步骤是：步骤一：四个半导体激光器的波长为1550nm，可以存在一定的参数偏差。除OC1为1×3的规格外，其余OC均为1×2的规格。VODL的调谐范围为-500ps到500ps。ADC的采样频率为10GHz。步骤二：调节ATT的衰减系数为0.5，CommonSL的偏置电流为30mA，SL1，SL2，SL3的偏置电流为20mA，互注入强度大小为，测量此时SL1，SL2，SL3的波形时域图如图2（a）-（c）所示。调整合适的VODL，如50ps，经过ADC采样与XOR模二加法操作后，得到随机二进制序列RB1，RB2，RB3的输出如图2（d）-（f）所示。步骤三：计算随机序列之间的互相关系数。当相关系数为1时，表示两个时间序列完全相同，据此得到随机序列RB1，RB2，RB3相关性图如图2（g）-（i）所示。步骤四：将得到的RB1，RB2，RB3进行如图3所示的信息协商步骤，选定协商矩阵大小L为15，将随机比特序列放入协商矩阵中，按行，列，斜的顺序进行二进制加法，得到行，列，斜的二进制加法和的值R，C，D，三方通过在公共信道上对比各自的R，C，D的值，从而定位到错误比特的位置，将错误位置的比特进行删除操作后，得到最终输出。步骤五：重复步骤四直到RB1，RB2，RB3之间没有错误比特，得到最终输出SRB。综合以上陈述，本专利技术具有如下特征：1).实现三方同步随机数的产生；2).随机数生成速率高；3).利用半导体激光器作为物理熵源产生随机数，随机数的随机性能好。总之，以上所述实施方案仅为本专利技术的实施例而已，并非仅用于限定本专利技术的保护范围，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在本专利技术公开的内容上，还可以做出若干等同的变形和替换（比如适当改变协商矩阵大小，改变半导体激光器参数）也应包含在本专利技术的保护范围以内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于半导体激光器的三方同步随机数产生方法，包括四个半导体激光器SL，三个可调光延时线VODL，十三个光耦合器OC，六个光电探测器PD，九个光隔离器ISO，三个光衰减器ATT，三个模数转换器ADC，三个二进制加法器XOR；该方法中的每个随机数产生器的内部构造完全相同，以RBG1为例，其特征在于，公共Common SL的输出端和输入端与OC1的一端相连，OC1的另一端和OC2的一端相连；OC2的两个端分别连接到ISO1输入端和ISO2的输出端；ISO2的输入端与ATT的输出端相连；ATT的输入端与ISO1的输出端连接到OC3的一端；OC3的另一端和ISO3的输入端与OC4的一端相连；SL1的输入端和输出端与OC4的另外一端相连；ISO3的输出端与OC5的输入端相连；OC5输出端的两部分分别与PD1和VODL输入端相连；VODL的输出端与PD2的输入端相连；PD1，PD2的输出端与ADC的输入端相连，得到两组二进制输出；ADC的两个输出与二进制加法器XOR的两个输入端相连，得到两个序列模二加法操作后的随机比特序列输出RB1；RB1通过三方用户信息协商后，得到最终的同步随机数SRB。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于半导体激光器的三方同步随机数产生方法，包括四个半导体激光器SL，三个可调光延时线VODL，十三个光耦合器OC，六个光电探测器PD，九个光隔离器ISO，三个光衰减器ATT，三个模数转换器ADC，三个二进制加法器XOR；该方法中的每个随机数产生器的内部构造完全相同，以RBG1为例，其特征在于，公共CommonSL的输出端和输入端与OC1的一端相连，OC1的另一端和OC2的一端相连；OC2的两个端分别连接到ISO1输入端和ISO2的输出端；ISO2的输入端与ATT的输出端相连；ATT的输入端与ISO1的输出端连接到OC3的一端；OC3的另一端和ISO3的输入端与OC4的一端相连；SL1的输入端和输出端与OC4的另外一端相连；ISO3的输出端与OC5的输入端相连；OC5输出端的两部分分别与PD1和VODL输入端相连；VODL的输出端与PD2的输入端相连；PD1，PD2的输出端与ADC的输入端相连，得到两组二进制输出；ADC的两...

【专利技术属性】
技术研发人员：王浩宁，项水英，龚俊楷，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61