隨著現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)和相關(guān)計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,信息安全技術(shù)變得越來(lái)越重要。隨機(jī)數(shù)的生成作為信息安全的核心技術(shù)之一引起了人們的廣泛關(guān)注。通常隨機(jī)數(shù)發(fā)生器（RBG）分為兩類:偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器和物理隨機(jī)數(shù)發(fā)生器。其中,物理隨機(jī)數(shù)由于具有非確定性、不可復(fù)現(xiàn)、不可預(yù)測(cè)等特性而被廣泛應(yīng)用。然而,傳統(tǒng)的物理隨機(jī)數(shù)發(fā)生器因?yàn)閹挼南拗?生成的速率被限制在Mbits/s量級(jí),無(wú)法滿足高速保密通信網(wǎng)絡(luò)的速率需求。垂直腔面發(fā)射激光器（VCSELs）可以在適當(dāng)?shù)膮?shù)條件下同時(shí)輸出兩個(gè)正交偏振分量,且在適當(dāng)?shù)耐獠繑_動(dòng)下可獲得寬帶寬的混沌信號(hào),利用這個(gè)寬帶寬混沌信號(hào)作為熵源可以獲得高速物理隨機(jī)數(shù)。因此,基于VCSELs混沌輸出的高速物理隨機(jī)數(shù)的獲取具有重要的研究?jī)r(jià)值。本文利用兩個(gè)具有光注入和偏振旋轉(zhuǎn)光反饋的VCSELs作為終端合法用戶,提出并數(shù)值模擬了一種高速同步隨機(jī)比特序列（SRBS）的獲取方案。一個(gè)具有偏振旋轉(zhuǎn)光反饋的注入VCSEL（I-VCSEL）輸出的混沌信號(hào)被強(qiáng)注入到驅(qū)動(dòng)VCSEL（D-VCSEL）中以獲得具有兩種共存正交極化模式的帶寬增強(qiáng)的混沌信號(hào)。利用D-VCSEL輸出的寬帶混沌信號(hào)分別注入兩個(gè)合法VCS... 

【文章來(lái)源】：西南大學(xué)重慶市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：56 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

隨機(jī)序列的異或運(yùn)算

隨機(jī)數(shù)序列生成速率會(huì)跟序列相關(guān)性與是否均勻分布產(chǎn)生密不可分的聯(lián)系，如果序列的相關(guān)性低，同時(shí)分布均勻，則生成的真隨機(jī)數(shù)序列的速率快。同時(shí)奇偶校驗(yàn)被認(rèn)為是一個(gè)簡(jiǎn)單的級(jí)聯(lián)異或鏈的另一種叫法。人們?cè)趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)隨機(jī)序列中存在的偏差可以應(yīng)用8級(jí)以上的異或鏈完全清除，而隨著人類日常生產(chǎn)生活的需要，需要的異或鏈級(jí)數(shù)隨著真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的數(shù)字化噪聲信號(hào)偏差的增大而增加，由此大大降低了隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生的輸出速率，由上可知，對(duì)于要求隨機(jī)數(shù)生成速率高的應(yīng)用，不能使用異或鏈這種方式。(4)線性反饋移位寄存器如圖1.3所示的后處理方式是由長(zhǎng)度為k的線性反饋移位寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。數(shù)字化噪聲信號(hào)與反饋的位進(jìn)行異或運(yùn)算后產(chǎn)生的結(jié)果反饋到最低位的移位寄存器上，這被稱為數(shù)字化噪聲信號(hào)同步于有循環(huán)移位的移位寄存器，同時(shí)也相當(dāng)于低8位輸出的移位寄存器。隨機(jī)數(shù)的隨機(jī)性受到移位寄存器壓縮率的直接影響，輸出序列所具有的獨(dú)立性也被輸入數(shù)字化噪聲信號(hào)的獨(dú)立性所影響。因此，不適合在數(shù)字化噪聲信號(hào)獨(dú)立性不好的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器中使用這種后處理方法。圖1.3線性反饋移位寄存器的后處理(5)異或周期序列一個(gè)均勻分布并且不具有相關(guān)性的周期序列與均勻分布的非周期序列做異或運(yùn)算產(chǎn)生一個(gè)均勻分布且不具有相關(guān)性的非周期序列。相關(guān)性為0同時(shí)均勻分布的周期序列在人們現(xiàn)已知并且經(jīng)常使用的多種方式下均可實(shí)現(xiàn)。異或周期序列處理的最大優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)的輸出速率不會(huì)被降低，并且數(shù)字化噪聲信號(hào)的隨機(jī)性可以在一個(gè)相當(dāng)大的范圍內(nèi)得到合適的調(diào)整。同時(shí)在實(shí)際應(yīng)用中必須要注意的缺點(diǎn)是本方法不適用均勻性不好的數(shù)字化噪聲信號(hào)。1.4隨機(jī)數(shù)的測(cè)試目前針對(duì)隨機(jī)序列的評(píng)估測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)國(guó)內(nèi)外有很多種，接下來(lái)將主要介紹美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所(NIST)提?

?鰨?饕?且讕蕕ス庾擁?隨機(jī)路徑選擇[13]，之后澳大利亞、英國(guó)[14]、德國(guó)以及國(guó)內(nèi)國(guó)防科技大學(xué)[15]、北京大學(xué)[16]等也相繼展開(kāi)了研究。2008年，Thomas等人提出了一種物理量子隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)方法，它是基于在真隨機(jī)性的量子力學(xué)源——分束器上分裂光子束的過(guò)程[17]。利用分束器和偏振分束器,單光子探測(cè)器和高速電子設(shè)備能夠產(chǎn)生一個(gè)二進(jìn)制隨機(jī)信號(hào)，其自相關(guān)時(shí)間為11.8ns，速率1Mbit/s。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行一系列的測(cè)試，說(shuō)明了生成的信號(hào)的隨機(jī)性。(2)基于熱噪聲的物理隨機(jī)數(shù)發(fā)生器基于熱噪聲的物理隨機(jī)數(shù)生成方案如圖1.4所示，基本原理是將噪聲源作為物理熵源(主要包括電阻熱噪聲、散粒噪聲等)，產(chǎn)生二進(jìn)制隨機(jī)碼的方法也主要是將噪聲源在幅值分布上表現(xiàn)出的隨機(jī)性通過(guò)放大器放大之后進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換器量化。圖1.4基于熱噪聲的物理隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生方案由于該方案裝置簡(jiǎn)單，成本低，因此利用熱噪聲作為物理隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的熵源獲取隨機(jī)數(shù)是目前使用最多的方案。數(shù)字噪聲源可以在很寬的頻率范圍內(nèi)提供連續(xù)的隨機(jī)二進(jìn)制數(shù)字流，這對(duì)于加密數(shù)字化的視頻、傳真、調(diào)制解調(diào)器或語(yǔ)音數(shù)據(jù)非常有用。然而，在模擬/數(shù)字微電子設(shè)計(jì)中，考慮到尺寸、電源和成本限制，離散方法是不可取的。理想情況下，噪聲源應(yīng)與需要隨機(jī)數(shù)字輸入的數(shù)字超大規(guī)模集成電路應(yīng)用程序直接集成在同一基片上。鑒于目前微電子設(shè)計(jì)的趨勢(shì)，噪聲源必須在數(shù)字CMOS技術(shù)中實(shí)現(xiàn)，1997年，Holman等人介紹了集成噪聲源(INS)，這是一種高性能模擬/數(shù)字隨機(jī)噪聲發(fā)生器[18]，INS產(chǎn)生超過(guò)100mVrms的模擬白噪聲，模擬頻寬3.2MHz，1/f噪聲角小于5Hz。INS拓?fù)淇梢赃m應(yīng)各種CMOS、BiCMOS和雙極過(guò)程，為許多模擬或數(shù)字微電子應(yīng)用提供高質(zhì)量的寬帶隨機(jī)噪聲。(3)基于振蕩器頻率抖動(dòng)的物理隨機(jī)數(shù)生成器

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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本文編號(hào)：3454527