随机数发生器制造技术

本申请公开了一种随机数发生器。该随机数发生器包括：第一纳米激光器，用于接收反馈路径反馈的激光信号，并生成第一混沌信号；第二纳米激光器，用于接收第一混沌信号中的部分信号，生成第二混沌信号，并通过第一信号处理电路将第二混沌信号处理为第一数字序列；第三纳米激光器，用于接收第一混沌信号中的部分信号，生成第三混沌信号，并通过第二信号处理电路将第三混沌信号处理为第二数字序列；第三信号处理电路，分别与第一信号处理电路和第二信号处理电路连接，接收第一数字序列和第二数字序列并生成随机数序列。通过本申请，解决了相关技术中混沌随机数发生器的体积大、且产生的随机数的质量低的问题。随机数的质量低的问题。随机数的质量低的问题。

【技术实现步骤摘要】
随机数发生器


[0001]本申请涉及信息安全
，具体而言，涉及一种随机数发生器。

技术介绍

[0002]随着信息技术的迅速发展，信息在存储、传送、接收和处理过程中的安全问题已受到人们的广泛关注，而随机数和随机数发生器可以辅助数据加密工作，因而在信息安全系统中起着至关重要的作用。
[0003]随机数的产生方法主要有两种：一种是基于软件的方法，即采用一定的算法和种子生成伪随机码，可以快速的产生码率达数十Gbps的随机数序列，虽然成本低、易实现，但存在着被破解的风险。另一种是基于某些物理量固有的随机性来产生物理随机数，得到的随机数是毫无规律可循、无法预测、非周期的真随机数，即使窃取者获得了随机数发生器的相关参数，也无法预测之后的输出序列，保证了信息的安全性，但是，常规的物理随机数发生器受限于传统熵源的带宽，速率仅处于Mbps量级，无法满足现代高速保密通信的需求。
[0004]利用激光器产生的混沌信号具有带宽大、复杂度高、随机性强、易于实现等优点，但是，现有的混沌随机数发生器采用常规半导体激光器作为激光混沌信号熵源，例如，分布式反馈半导体激光器、垂直腔面发射激光器、环形半导体激光器、光纤激光器等，混沌随机数发生器体积较大，不利用片上集成系统的实现，且产生的混沌信号的质量难以控制，产生的随机数的质量难以得到保障。
[0005]针对相关技术中的混沌随机数发生器的体积大、且产生的随机数的质量低的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

[0006]本申请提供一种随机数发生器，以解决相关技术中混沌随机数发生器的体积大、且产生的随机数的质量低的问题。
[0007]根据本申请的一个方面，提供了一种随机数发生器。该随机数发生器包括：第一纳米激光器，以及第一纳米激光器发射的激光信号的反馈路径，第一纳米激光器接收反馈路径反馈的激光信号，并根据发射的激光信号和反馈的激光信号生成第一混沌信号；第二纳米激光器，以及与第二纳米激光器连接的第一信号处理电路，第二纳米激光器接收第一混沌信号中的部分信号，生成第二混沌信号，第一信号处理电路将第二混沌信号处理为第一数字序列；第三纳米激光器，以及与第三纳米激光器连接的第二信号处理电路，第三纳米激光器接收第一混沌信号中的部分信号，生成第三混沌信号，第二信号处理电路将第三混沌信号处理为第二数字序列；第三信号处理电路，分别与第一信号处理电路和第二信号处理电路连接，接收第一数字序列和第二数字序列，并根据第一数字序列和第二数字序列生成随机数序列。
[0008]可选地，反馈路径中依次设置有第一光衰减器和反射镜，第一光衰减器反馈的信号的强度的取值范围为：35 ns
‑1至60 ns
‑1。
[0009]可选地，第二纳米激光器的输入端和第一纳米激光器的输出端之间设置有第二光衰减器，第二光衰减器输出的信号的强度的取值范围为：100 ns
‑1至200 ns
‑1。
[0010]可选地，第三纳米激光器的输入端和第一纳米激光器的输出端之间设置有第三光衰减器，第三光衰减器输出的信号的强度的取值范围为：100 ns
‑1至200 ns
‑1。
[0011]可选地，第二纳米激光器和第三纳米激光器的工作频率的差值的绝对值小于等于30GHz。
[0012]可选地，第一混沌信号的输出特性由第一纳米激光器的腔内电场确定，第一纳米激光器的电场速率由以下公式确定：；式中，为第一纳米激光器的电场速率，为第一纳米激光器腔内复电场强度， 为第一纳米激光器腔内载流子密度，为光限制因子，为腔内Purcell因子，为自发辐射因子，为载流子寿命，为差分增益因子，为透明载流子数，为增益饱和因子，为光子寿命，为反馈强度，是反馈时延，为反馈相位。
[0013]可选地，第一信号处理电路将第二混沌信号的功率处理为第一数字序列，第二混沌信号的功率由第二纳米激光器的电场速率确定，第二纳米激光器的电场速率由以下公式确定：；式中，为第二纳米激光器的电场速率，为第二纳米激光腔内复电场强度，为第二纳米激光器腔内载流子密度，为第一纳米激光器对第二纳米激光器的注入项，为第一纳米激光器对第二纳米激光器的注入强度，为第一纳米激光器对第二纳米激光器的注入信号的相位。
[0014]可选地，第二信号处理电路将第三混沌信号的功率处理为第二数字序列，第三混沌信号的功率由第三纳米激光器的电场速率确定，第三纳米激光器的电场速率由以下公式确定：；式中，为第三纳米激光器的电场速率，为第三纳米激光腔内复电场强度，为第三纳米激光器腔内载流子密度，为第一纳米激光器对第三纳米激光器的注入项，为第一纳米激光器对第三纳米激光器的注入强度，为第一纳米激光器对第三纳米激光器的注入信号的相位。
[0015]可选地，第一信号处理电路包括相连接的光电转换器和模数转换器，光电转换器
用于将第二混沌信号转换为电信号，模数转换器用于将电信号的功率转换为数字，得到第一数字序列。
[0016]可选地，第二信号处理电路包括相连接的光电转换器和模数转换器，光电转换器用于将第三混沌信号转换为电信号，模数转换器用于将电信号的功率信号转换为数字，得到第二数字序列。
[0017]可选地，第三信号处理电路为异或电路。
[0018]本申请的随机数发生器包括：第一纳米激光器，以及第一纳米激光器发射的激光信号的反馈路径，第一纳米激光器接收反馈路径反馈的激光信号，并根据发射的激光信号和反馈的激光信号生成第一混沌信号；第二纳米激光器，以及与第二纳米激光器连接的第一信号处理电路，第二纳米激光器接收第一混沌信号中的部分信号，生成第二混沌信号，第一信号处理电路将第二混沌信号处理为第一数字序列；第三纳米激光器，以及与第三纳米激光器连接的第二信号处理电路，第三纳米激光器接收第一混沌信号中的部分信号，生成第三混沌信号，第二信号处理电路将第三混沌信号处理为第二数字序列；第三信号处理电路，分别与第一信号处理电路和第二信号处理电路连接，接收第一数字序列和第二数字序列，并根据第一数字序列和第二数字序列生成随机数序列，解决了相关技术中混沌随机数发生器的体积大、且产生的随机数的质量低的问题。通过第一激光器纳米激光器生成第一混沌信号，并注入第二纳米激光器和第三纳米激光器，生成第二混沌信号和第三混沌信号，并通过第二混沌信号和第三混沌信号生成随机数序列，进而达到了降低混沌随机数发生器的体积、提高产生的随机数的质量的效果。
附图说明
[0019]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1是根据本申请实施例提供的随机数发生器的示意图；图2是根据本申请实施例提供的随机数发生器中第二纳米激光器的输出混沌信号自相关函数示意图；图3是根据本申请实施例提供的随机数发生器中第三纳米激光器的输出混沌信号自相关函数示意图；图4是根据本申请实施例提供的随机数发生器中第二纳米激光器的输出混沌信号排列熵示意图；图5是根据本申请实施例提供的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种随机数发生器，其特征在于，包括：第一纳米激光器，以及所述第一纳米激光器发射的激光信号的反馈路径，所述第一纳米激光器接收所述反馈路径反馈的激光信号，并根据所述发射的激光信号和所述反馈的激光信号生成第一混沌信号；第二纳米激光器，以及与所述第二纳米激光器连接的第一信号处理电路，所述第二纳米激光器接收所述第一混沌信号中的部分信号，生成第二混沌信号，所述第一信号处理电路将所述第二混沌信号处理为第一数字序列；第三纳米激光器，以及与所述第三纳米激光器连接的第二信号处理电路，所述第三纳米激光器接收所述第一混沌信号中的部分信号，生成第三混沌信号，所述第二信号处理电路将所述第三混沌信号处理为第二数字序列；第三信号处理电路，分别与所述第一信号处理电路和所述第二信号处理电路连接，接收所述第一数字序列和所述第二数字序列，并根据所述第一数字序列和所述第二数字序列生成随机数序列。2.根据权利要求1所述的随机数发生器，其特征在于，所述反馈路径中依次设置有第一光衰减器和反射镜，所述第一光衰减器反馈的信号的强度的取值范围为：35 ns
‑1至60 ns
‑1。3.根据权利要求1所述的随机数发生器，其特征在于，所述第二纳米激光器的输入端和所述第一纳米激光器的输出端之间设置有第二光衰减器，所述第二光衰减器输出的信号的强度的取值范围为：100 ns
‑1至200 ns
‑1。4.根据权利要求1所述的随机数发生器，其特征在于，所述第三纳米激光器的输入端和所述第一纳米激光器的输出端之间设置有第三光衰减器，所述第三光衰减器输出的信号的强度的取值范围为：100 ns
‑1至200 ns
‑1。5.根据权利要求1所述的随机数发生器，其特征在于，所述第二纳米激光器和所述第三纳米激光器的工作频率的差值的绝对值小于等于30GHz。6.根据权利要求1所述的随机数发生器，其特征在于，所述第一混沌信号的输出特性由所述第一纳米激光器的腔内电场确定，所述第一纳米激光器的电场速率由以下公式确定：；式中，为所述第一纳米激光器的电场速率，为所...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆鹏华，刘新田，房宝龙，
申请(专利权)人：渔翁信息技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：