本文關(guān)鍵詞：基于混沌激光產(chǎn)生物理真隨機(jī)數(shù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨機(jī)數(shù)在信息安全和計(jì)算領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。在信息安全領(lǐng)域,隨機(jī)數(shù)可用于密鑰管理、數(shù)字簽名以及身份認(rèn)證等眾多安全技術(shù)中,以確保信息的機(jī)密性、真實(shí)性和完整性；隨機(jī)數(shù)也可用于解決材料科學(xué)、生物物理學(xué)和金融業(yè)等領(lǐng)域的數(shù)值采樣計(jì)算問題。傳統(tǒng)的一些生成隨機(jī)數(shù)的方法中,使用計(jì)算機(jī)生成的快速隨機(jī)數(shù)序列,因通過確定的算法生成而不具有完全隨機(jī)性；現(xiàn)有基于熱噪聲、振蕩器采樣和混沌電路等物理熵源生成的真隨機(jī)數(shù),受電子器件帶寬的限制無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代高速通信的安全需要。利用在外部擾動(dòng)下的半導(dǎo)體激光器作為混沌熵源,可以產(chǎn)生速率為Gbit/s量級(jí)的高速真隨機(jī)數(shù),在高速信息安全應(yīng)用中顯示出潛在的優(yōu)勢(shì),獲得了相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者和業(yè)界人士的高度關(guān)注。為了獲得高速率和高質(zhì)量的物理真隨機(jī)數(shù),本文利用混沌半導(dǎo)體激光器作為真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的物理熵源,實(shí)驗(yàn)研究了一種速率達(dá)到640Gbit/s的物理真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器,理論研究了光反饋強(qiáng)度對(duì)外腔反饋半導(dǎo)體激光器混沌熵源生成的隨機(jī)數(shù)序列性能的影響,具體研究工作如下：(1)研究了一種基于帶寬增強(qiáng)混沌激光熵源產(chǎn)生高速真隨機(jī)數(shù)的方案。利用基于單主激光器的雙路光注入到副激光器所輸出的混沌激光作為真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的物理熵源,輸出光經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換后分為兩路,一路電信號(hào)經(jīng)過8位ADC轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制碼序列,另一路延遲后經(jīng)過8位ADC轉(zhuǎn)換,然后進(jìn)行位反轉(zhuǎn)處理生成二進(jìn)制碼序列,最終對(duì)兩路隨機(jī)碼序列進(jìn)行異或處理,最終獲得了速率為640Gbit/s的8位二元碼隨機(jī)序列。經(jīng)驗(yàn)證該隨機(jī)數(shù)發(fā)生器生成的隨機(jī)序列能夠通過NIST Special Publication 800-22的全部測(cè)試項(xiàng)。本文對(duì)該系統(tǒng)的熵源特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,同時(shí)對(duì)后續(xù)處理部分進(jìn)行了理論研究,研究結(jié)果表明：基于雙路光注入的混沌熵源所產(chǎn)生的混沌信號(hào)的帶寬要高于基于單路光注入的混沌熵源所產(chǎn)生的混沌信號(hào)的帶寬,同時(shí)前者能更好的隱藏外腔反饋延時(shí)特征,且在正的頻率失諧的情況下效果會(huì)更好；位反轉(zhuǎn)異或處理能在保持8位二進(jìn)制碼位數(shù)不變的情況下,有效提高隨機(jī)序列分布的均勻性,最終產(chǎn)生高質(zhì)量高速率的真隨機(jī)數(shù)。(2)外腔反饋半導(dǎo)體激光器在合適的反饋強(qiáng)度下將呈現(xiàn)混沌態(tài),其輸出的激光混沌信號(hào)可作為物理熵源獲取物理隨機(jī)數(shù)序列。本文著重研究了外腔反饋強(qiáng)度對(duì)最后獲取的二元碼序列的隨機(jī)性的影響。數(shù)值仿真結(jié)果表明,隨著反饋強(qiáng)度的增加,外腔反饋半導(dǎo)體激光器輸出的混沌信號(hào)的延時(shí)時(shí)間特征峰值呈現(xiàn)先逐漸減小再逐漸增大的過程,而對(duì)應(yīng)的排列熵特征值呈現(xiàn)先增大、后緩慢降低的過程,即存在一個(gè)優(yōu)化的反饋強(qiáng)度可使輸出的混沌信號(hào)的延時(shí)特征得到有效抑制且復(fù)雜度高。利用NIST Special Publication 800-22對(duì)基于不同反饋強(qiáng)度下外腔半導(dǎo)體激光器輸出的混沌信號(hào)所產(chǎn)生的二元碼序列的隨機(jī)性進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試,并討論了反饋強(qiáng)度的大小對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。
【關(guān)鍵詞】：混沌 半導(dǎo)體激光器 真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O415.5;TN918
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 課題研究目的和意義9
• 1.2 隨機(jī)數(shù)及隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的分類9-10
• 1.3 隨機(jī)數(shù)的特征及測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)10-13
• 1.3.1 衡量隨機(jī)序列的主要指標(biāo)10-12
• 1.3.2 常見隨機(jī)數(shù)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)12-13
• 1.4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-16
• 1.4.1 電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器13-14
• 1.4.2 光電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器14-16
• 1.5 小結(jié)16-17
• 第2章 基于混沌激光產(chǎn)生物理真隨機(jī)數(shù)的設(shè)計(jì)框架17-23
• 2.1 混沌理論基礎(chǔ)17-18
• 2.2 混沌激光信號(hào)的產(chǎn)生18-19
• 2.3 混沌序列的提取19-21
• 2.3.1 采樣20
• 2.3.2 XOR異或處理20-21
• 2.3.3 m-LSBs方法21
• 2.4 小結(jié)21-23
• 第3章 基于帶寬增強(qiáng)混沌半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生640Gbit/s的隨機(jī)數(shù)23-33
• 3.1 引言23
• 3.2 實(shí)驗(yàn)裝置圖23-25
• 3.3 結(jié)果與討論25-31
• 3.3.1 混沌熵源特性25-28
• 3.3.2 隨機(jī)數(shù)發(fā)生器及隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生28-31
• 3.4 總結(jié)31-33
• 第4章 反饋強(qiáng)度對(duì)外腔反饋半導(dǎo)體激光器混沌熵源生成的隨機(jī)數(shù)序列性能的影響33-41
• 4.1 引言33-34
• 4.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)34
• 4.3 理論模型34-35
• 4.4 結(jié)果與討論35-39
• 4.5 結(jié)論39-41
• 第五章 結(jié)論41-43
• 參考文獻(xiàn)43-49
• 致謝49-51
• 在讀期間發(fā)表和錄用的論文51

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本文編號(hào)：391654