隨著現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)和相關計算機技術的飛速發(fā)展,信息安全技術變得越來越重要。隨機數(shù)的生成作為信息安全的核心技術之一引起了人們的廣泛關注。通常隨機數(shù)發(fā)生器（RBG）分為兩類:偽隨機數(shù)發(fā)生器和物理隨機數(shù)發(fā)生器。其中,物理隨機數(shù)由于具有非確定性、不可復現(xiàn)、不可預測等特性而被廣泛應用。然而,傳統(tǒng)的物理隨機數(shù)發(fā)生器因為帶寬的限制,生成的速率被限制在Mbits/s量級,無法滿足高速保密通信網(wǎng)絡的速率需求。垂直腔面發(fā)射激光器（VCSELs）可以在適當?shù)膮?shù)條件下同時輸出兩個正交偏振分量,且在適當?shù)耐獠繑_動下可獲得寬帶寬的混沌信號,利用這個寬帶寬混沌信號作為熵源可以獲得高速物理隨機數(shù)。因此,基于VCSELs混沌輸出的高速物理隨機數(shù)的獲取具有重要的研究價值。本文利用兩個具有光注入和偏振旋轉光反饋的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比特序列（SRBS）的獲取方案。一個具有偏振旋轉光反饋的注入VCSEL（I-VCSEL）輸出的混沌信號被強注入到驅動VCSEL（D-VCSEL）中以獲得具有兩種共存正交極化模式的帶寬增強的混沌信號。利用D-VCSEL輸出的寬帶混沌信號分別注入兩個合法VCS... 

【文章來源】：西南大學重慶市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：56 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

隨機序列的異或運算

隨機數(shù)序列生成速率會跟序列相關性與是否均勻分布產(chǎn)生密不可分的聯(lián)系，如果序列的相關性低，同時分布均勻，則生成的真隨機數(shù)序列的速率快。同時奇偶校驗被認為是一個簡單的級聯(lián)異或鏈的另一種叫法。人們在實驗過程中發(fā)現(xiàn)隨機序列中存在的偏差可以應用8級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，需要的異或鏈級數(shù)隨著真隨機數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的數(shù)字化噪聲信號偏差的增大而增加，由此大大降低了隨機數(shù)產(chǎn)生的輸出速率，由上可知，對于要求隨機數(shù)生成速率高的應用，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度為k的線性反饋移位寄存器來實現(xiàn)的。數(shù)字化噪聲信號與反饋的位進行異或運算后產(chǎn)生的結果反饋到最低位的移位寄存器上，這被稱為數(shù)字化噪聲信號同步于有循環(huán)移位的移位寄存器，同時也相當于低8位輸出的移位寄存器。隨機數(shù)的隨機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立性也被輸入數(shù)字化噪聲信號的獨立性所影響。因此，不適合在數(shù)字化噪聲信號獨立性不好的真隨機數(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)異或周期序列一個均勻分布并且不具有相關性的周期序列與均勻分布的非周期序列做異或運算產(chǎn)生一個均勻分布且不具有相關性的非周期序列。相關性為0同時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現(xiàn)。異或周期序列處理的最大優(yōu)點是數(shù)據(jù)的輸出速率不會被降低，并且數(shù)字化噪聲信號的隨機性可以在一個相當大的范圍內得到合適的調整。同時在實際應用中必須要注意的缺點是本方法不適用均勻性不好的數(shù)字化噪聲信號。1.4隨機數(shù)的測試目前針對隨機序列的評估測試標準國內外有很多種，接下來將主要介紹美國國家標準與技術研究所(NIST)提?

?鰨?饕?且讕蕕ス庾擁?隨機路徑選擇[13]，之后澳大利亞、英國[14]、德國以及國內國防科技大學[15]、北京大學[16]等也相繼展開了研究。2008年，Thomas等人提出了一種物理量子隨機數(shù)發(fā)生器的實現(xiàn)方法，它是基于在真隨機性的量子力學源——分束器上分裂光子束的過程[17]。利用分束器和偏振分束器,單光子探測器和高速電子設備能夠產(chǎn)生一個二進制隨機信號，其自相關時間為11.8ns，速率1Mbit/s。通過對數(shù)據(jù)樣本進行一系列的測試，說明了生成的信號的隨機性。(2)基于熱噪聲的物理隨機數(shù)發(fā)生器基于熱噪聲的物理隨機數(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)生二進制隨機碼的方法也主要是將噪聲源在幅值分布上表現(xiàn)出的隨機性通過放大器放大之后進入模數(shù)轉換器量化。圖1.4基于熱噪聲的物理隨機數(shù)產(chǎn)生方案由于該方案裝置簡單，成本低，因此利用熱噪聲作為物理隨機數(shù)發(fā)生器的熵源獲取隨機數(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提供連續(xù)的隨機二進制數(shù)字流，這對于加密數(shù)字化的視頻、傳真、調制解調器或語音數(shù)據(jù)非常有用。然而，在模擬/數(shù)字微電子設計中，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，噪聲源應與需要隨機數(shù)字輸入的數(shù)字超大規(guī)模集成電路應用程序直接集成在同一基片上。鑒于目前微電子設計的趨勢，噪聲源必須在數(shù)字CMOS技術中實現(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)字隨機噪聲發(fā)生器[18]，INS產(chǎn)生超過100mVrms的模擬白噪聲，模擬頻寬3.2MHz，1/f噪聲角小于5Hz。INS拓撲可以適應各種CMOS、BiCMOS和雙極過程，為許多模擬或數(shù)字微電子應用提供高質量的寬帶隨機噪聲。(3)基于振蕩器頻率抖動的物理隨機數(shù)生成器

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]無窮維線性系統(tǒng)的分布混沌動力學研究[D]. 尹宗斌.華南理工大學 2016



本文編號：3454527