25gbits物理随机码发生器

《25gbits物理随机码发生器》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、太原理工大学硕士研究生学位论文2．5Gbit／s物理随机码发生器摘要保密通信事关国家安全、金融稳定、个人隐私等诸多方面。随机数在保密通信中经常被用作密钥。因此，随机数在保密通信中起着至关重要的作用。按照随机数的产生机理，随机数可以分为伪随机数和物理随机数两大类。伪随机数是由一个初始种子经过一定的迭代算法产生。由于其是由算法产生，因此，伪随机数具有易构建、高速率的优点。然而，攻击者一旦知道了初始的随机数种子，经过相同的迭代算法，就可以将随机数恢复出来，甚至可以预测出将要产生的随机数。根据香农的一次一密理论，绝对安全的保密通信需要满足以下条件：(1)密钥

2、长度不短于明文长度；(2)密钥是完全随机的；(3)密钥不能重复使用。这就要求产生大量码率不低于通信速率的随机数，且必须保证随机数是完全随机的。然而，伪随机数由于其产生机理所致，具有一定的周期性，并不是完全随机的。物理随机数则是基于自然界的物理随机现象作为产生随机数的熵源。物理随机数具有完全随机性、不可预测等优点。常见的物理随机数熵源有电子器件的热噪声、振荡器的频率抖动以及混沌电路等。然而，由于受到电子器件物理带宽的限制，用上述方法产生随机数码率比较低，很难满足当今快速通信的需求。近年来，混沌激光是研究的一个热门话题。基于混沌激光的特性，我们课题组提出

3、用混沌激光作为物理熵源来产生物理随机数。用混沌激光作为熵源可以产生高速随机数，高速的随机数迎合了当今通信加密的需要。本文利用反馈式半导体激光器产生的混沌激光作为随机数的物理熵源来进行研究。具体的研究工作如下：太原理工大学硕士研究生学位论文1．以光反馈半导体激光器产生的混沌激光作为物理熵源，经过光电转换、模数转换以及异或处理，研制出码率与通信速率相一致的随机码发生器样机，该样机可实时输出155Mbit／s、622Mbit／s、1．25Gbit／s、2．5Gbit／s等与典型通信速率相一致的随机码。所产生的随机码具有良好的随机特性，均可顺利通过NIST随

4、机数测试标准。该样机可以长时间稳定工作，实时产生大量物理随机码，为实现一次一密的绝对安全通信提供技术保证。2．单反馈方式产生的混沌激光具有一定的周期性。如果用1位比较器对单反馈产生的混沌信号进行量化，产生的随机数具有一定的周期性，并且，产生的随机数无法通过NIST测试标准。我提出了一种对混沌信号进行分段取阈值后再对混沌信号进行量化产生随机数的方法，利用该方法可产生速率高达40Gbit／s的随机数。3．从所产生随机数的0、1均衡性、幅值分布以及NIST测试等方面对分段阈值法与直接用1位比较器对混沌信号量化的方法做了详细的对比分析。关键词：混沌激光，半导

5、体激光器，随机码，熵源，保密通信太原理工大学硕士研究生学位论文2．5GBIT／SPHYSICALRANDOMBITGENERATORABSTRACTSecurecommunicationsareimportantin●一一_一_一security,Iinancialstability,personalprivacy,manyareassuchasnationalandmanyotheraspects．Therandomnumbersareoftenusedaskeysinthesecurecommunications．ItiSclearthatran

6、domnumbersplayanimportantroleinsecurecommunications．Accordingtothemechanismofthegenerationofrandomnumbers，itcanbedividedintotwomajorcategoriesofpseudorandomnumbersandplayslcalll●^。‘●randomnumbers．Pseudorandomnumbersaregeneratedbysomeiterationalgorithmsandinitialseeds．Becausepse

7、udorandomnumbersaregeneratedbythealgorithm．Theyhavesomeadvantagesofbuildingeasilyandhighrate．However’attackersonceknowtheinitialrandomnumberseeds，theyCanrecovert11esamerandomnumbersthroughthesameiterationalgorithmandevenpredicttherandomnumbers．AccordingtoShannon’Stheory,absolut

8、esecurityofcommunicationsneedsthefollowingconditions：(