基于GaAs/Al0.45Ga0.55As超晶格芯片自发混沌振荡的8 Gb/s物理真随机数实现

物理真随机数发生器对密码学和保密通信至关重要.现有随机数发生器,或者复杂庞大,或者受限于器件带宽,不能很好地满足现代高速通信系统的需要.本文提出了一种基于超晶格(superlattices,SLs)芯片的全固态实时高速物理真随机数发生器.通过选取合适直流偏置电压对SLs芯片进行激发,从而产生高频混沌振荡信号作为物理熵源,利用采样频率为2 GHz的多位模数转换器(analog-to-digital converter,ADC)进行量化,生成12位的二进制随机比特,然后使用现场可编程逻辑门阵列(field programmable gate array,FPGA)抽取最低4位为有效位并进行比特反转以改善其随机性,最终获得了实时速率为8 Gbit/s的随机数.经验证,该发生器产生的随机数通过了随机数行业标准(NIST SP 800-22)的测试,具备优良的统计特性,有望小型化集成到高速通信设备之上.

物理真随机数发生器

介绍了物理真随机数的需求,对比了物理真随机数和伪随机数的区别,总结了国内外物理真随机数的研究进展.特别地,给出了利用激光器进行物理真随机数发生器研制的多种方案.最后对本小组近年来在理论和实验方面的研究成果进行了总结性的介绍.