【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于物理随机数发生，具体涉及利用光相位生成高速物理随机数的系统。
技术介绍
1、随机数在计算仿真、统计抽样、密码学、以及信息安全等领域中有广泛的应用。目前，随机数产生方法主要分为两大类：伪随机数生成方法和物理随机数生成方法。伪随机数生成方法使用随机数生成算法和初始种子生成伪随机数，是目前被广泛使用的一种方法。但伪随机数生成方法依赖于种子的选取，且生成算法具有确定性，这种方法不适用于对随机性和安全性有较高要求的领域。而物理随机数生成方法通过探测物理系统的随机波动生成随机数，随机性由真实物理系统所保证，具有较高的安全性和不可预测性。一种常用的物理系统是光学系统，具有生成速率快、随机性好、结构简单的特点。利用光学方法从物理层生成随机数的相关研究近年来在国内外推进迅速，出现了基于不同原理路线的多类产品。他们按照技术原理可分为基于光源强度噪声的随机数生成和基于光源相位噪声的随机数生成两大类。基于光源强度噪声的随机数生成的基本原理是直接探测光源发出光的强度波动信号，常使用放大自发辐射(ase)光源，使用探测器直接探测光强信号，这类方法目前已经遇到了生成速率的瓶颈，难以模块化复制提高。基于光源相位噪声的随机数生成的基本原理是探测光源发出光的相位波动信号，常使用窄线宽激光器作为光源，使用例如m-z型或michelson型干涉结构探测相位波动，这种方法通常需要较长的干涉臂长差、较大的体积、需控制激光器的工作状态，结构也较为复杂。
2、近年来，基于光学方法的物理随机数生成速率得到了极大的提高，可以达到gbps量级，但为了进一步
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种利用光相位生成高速物理随机数的系统。
2、本专利技术提供的利用光相位生成高速物理随机数的系统，包括依次连接的光发射单元、保偏2×2光耦合器和两个相位噪声探测单元；其中：
3、所述光发射单元，包括依次连接的光源ase、保偏滤波器ff和掺铒光纤放大器edfa；掺铒光纤放大器edfa与保偏2×2光耦合器oc1连接；
4、优选地，所述光源为放大自发辐射光源，可以由没有输入光的掺铒光纤放大器、超辐射发光二极管或半导体光放大器构成；
5、第一相位噪声探测单元，包括第一保偏3×3光耦合器oc2、两个法拉第旋转镜frm1、frm2以及两个光电探测器pd1、pd2；第一保偏3×3光耦合器oc2的一个输出端口通过一光纤与第一一法拉第旋转镜frm1连接；第一保偏3×3光耦合器oc2的另一个输出端口通过另一长度光纤与第二法拉第旋转镜frm2连接；第一保偏3×3光耦合器oc2将光分为两个长度不同的臂，长度差由两个臂长决定，两个臂的末端即为两个法拉第旋转镜frm1、frm2；光波经两个法拉第旋转镜反射再入第一保偏3×3光耦合器oc2，经过耦合后由一对平衡光电探测器pd1、pd2探测；两个探测器信号相减得到原始模拟信号；再经数模转换器adc转换为电压信号；
6、第二相位噪声探测单元，包括第二保偏3×3光耦合器oc3、两个法拉第旋转镜frm3、frm4、两个光电探测器pd3、pd4以及可调延时光纤odl；第二保偏3×3光耦合器oc3的一个输出端口通过一光纤与第三法拉第旋转镜(frm3)连接；第二保偏3×3光耦合器oc3的另一个输出端口通过一可调延时光纤odl与第四法拉第旋转镜frm4连接；第二保偏3×3光耦合器oc3将光分为两个长度不同的臂，长度差由可调延时光纤控制，两个臂的末端即为两个法拉第旋转镜frm3、frm4；光波经两个法拉第旋转镜反射再入第二保偏3×3光耦合器oc3，经过耦合后由一对平衡光电探测器pd3、pd4探测；两个平衡光电探测器信号相减得到原始模拟信号；再经数模转换器adc转换为电压信号。
7、所述第一相位噪声探测单元和所述第二相位噪声探测单元需要满足以下条件：
8、(1)所述第一相位噪声探测单元和所述第二相位噪声探测单元的臂长差均大于光源相干长度；
9、(2)所述第一相位噪声探测单元和所述第二相位噪声探测单元的臂长差之差也大于光源相干长度。
10、条件(1)保证了所述第一相位噪声探测单元和所述第二相位噪声探测单元输出信号为自发辐射光源的相位噪声，条件(2)保证了所述第一相位噪声探测单元得到的相位噪声原始信号和所述第二相位噪声探测单元得到的相位噪声原始信号无关；
11、光发射单位通过保偏2×2光耦合器oc1将自发辐射光分为两路，一路输出给第一相位噪声探测单元，另一路传输给第二相位噪声探测单元；两个相位噪声探测单元中光纤臂长的配置满足条件(1)和条件(2)。
12、在第一相位噪声探测单元，自发辐射光首先经过第一保偏3×3光耦合器oc2输入给长度不同的两个光纤延时臂，再经过法拉达旋转镜frm反射后，两路光纤臂上的光原路返回到第一保偏3×3光耦合器oc2产生拍频干涉，并通过其两路输出端分别与第一光电探测器pd1和第二光电探测器pd2相连，两个光电探测器pd1、pd2输出的信号相减后得到原始模拟序列1，将原始模拟序列1输入最小熵计算公式[1]hmin＝-log2[max(p{x＝x[n])]，得到相下取整的最小熵值hmin，将hmin作为截取低有效位数的值，从而将原始模拟序列1通过模数转换(adc)处理为随机序列1；
13、在第二相位噪声探测单元，自发辐射光首先经过保偏3×3光耦合器(oc3)输入给长度不同的两个光纤延时臂，再经过法拉达旋转镜frm反射后，两路光纤臂上的光原路返回到第二保偏3×3光耦合器(oc3)产生拍频干涉，并通过其两路输出端分别与第三光电探测器pd3和第四光电探测器pd4相连，两个光电探测器pd3、pd4输出的信号相减后得到原始模拟序列2，同样将hmin作为截取低有效位数的值，从而将第二相位噪声探测单元的原始模拟序列2通过模数转换(adc)处理为随机序列2；随机序列1和随机序列2通过交替并串转换为最终随机序列。
14、与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：
15、(1)本专利技术充分利用自发辐射光源的相位噪声，并通过其相位噪声提取出随机数，此方案可以和利用自发辐射光源的强度噪声提取随机数的方案兼容，从而实现同时利用自发辐射光源的强度噪声和相位噪声提取随机数；
16、(2)本专利技术利用自发辐射光源相位噪声提取随机数相对于利用激光光源的相位噪声提取随机数，无需很长的干涉臂长差和光源泵浦状态控制，结构简单，方便易行；
17、(3)本专利技术可以根据随机速率的使用需要将两路延伸到多路，满足不同速率的随机数使用需求。
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1.一种利用光相位生成高速物理随机数的系统，其特征在于，包括依次连接的光发射单元、保偏2×2光耦合器和两个相位噪声探测单元；其中：
2.根据权利要求1所述的利用光相位生成高速物理随机数的系统，其特征在于，所述第一相位噪声探测单元和所述第二相位噪声探测单元满足以下条件：
【技术特征摘要】
1.一种利用光相位生成高速物理随机数的系统，其特征在于，包括依次连接的光发射单元、保偏2×2光耦合器和两个相位噪声探测单元；其中：
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