高速全光真隨機數發生器研製

《高速全光真隨機數發生器研製》是依託太原理工大學，由王雲才擔任項目負責人的專項基金項目。

基本介紹

• 中文名：高速全光真隨機數發生器研製
• 項目類別：專項基金項目
• 項目負責人：王雲才
• 依託單位：太原理工大學

項目摘要

隨機數在科學計算、統計建模、信息安全等方面有著廣泛而重要的套用。用計算機可產生快速的隨機數，但不滿足完全隨機的要求；現有光電技術生成的真隨機數受電子器件頻寬瓶頸的限制，無法適應現代高速通信的安全需要。.本項目將頻寬增強型混沌雷射熵源與現有全光信號處理技術相結合，研製高速的全光真隨機數發生器；基於環形光注入技術構建寬頻、無退化的混沌雷射熵源，利用超高速的全光採樣器及量化器完成對混沌雷射信號的全光模數轉換，生成全光隨機碼序列；另外，考慮到產品性能的可靠性和穩定性，將選擇性構建另一條結構對稱、獨立的隨機碼產生線路；通過對兩路隨機碼序列進行全光邏輯異或處理，進一步最佳化隨機性，確保其不僅成功通過隨機性檢測，並能穩定套用於工程實踐。.本項目研發的樣機，其信號處理均在光域中進行，突破了電子瓶頸的限制，更可與光通信網路中的光信號直接兼容。本項目的實現必將促進高速保密通信及全光信號處理等相關學科的發展。

結題摘要

隨機數在科學計算、信息安全等領域有著廣泛而重要的套用。利用算法可產生快速的偽隨機數，但不滿足完全隨機的要求；現有真隨機數發生器受電子器件頻寬的限制，無法適應現代高速通信的安全需要。 本項目以混沌雷射作為寬頻光子熵源，結合超快光採樣及量化技術，成功研製出系列超高速物理隨機數發生器樣機，滿足項目預定各項技術指標，碼率最高可達10 Gbps。系列樣機包括：0.01 - 4.5 Gbps碼率連續可調隨機數發生器樣機、5 - 10 Gbps碼率可調諧全光隨機數發生器樣機和兩款小型化、低功耗物理隨機數模組（典型碼率可達3 Gbps）。 圍繞涉及的關鍵技術問題，提出並實現了八種產生寬頻、無退化光/電混沌信號的技術方案，利用太赫茲光非對稱解復用器構建了高保真、超快全光採樣門並詳細分析了關鍵技術參數，提出並研究了六種面向超快物理隨機數產生的光電/全光量化方案，進行了三款隨機特性線上分析及評估軟體的設計及開發，建立了布朗運動數學分析模型以準確定位雷射混沌與隨機性之間的內在關聯性，並將研究成果初步套用於了圖像及視頻等信息加密實踐中。 項目執行過程中，取得的主要成果有：獲教育部技術發明獎二等獎1項、山西省高等學校技術發明獎二等獎1項、山西省自然科學獎二等獎1項、山西省高等學校自然科學獎一等獎1項、第十八屆山西省優秀學術論文一等獎1項、二等獎2項；發表期刊論文38篇（其中被SCI收錄28篇、EI收錄26篇）、會議論文2篇；授權國家發明專利18項、授權實用新型專利5項、獲軟體著作權15項，公開國家發明專利21項、實用新型專利1項；參加國際學術會議26人次、國內會議46人次（其中，口頭報告37人次、特邀報告6人次），舉辦國際會議1次。 本項目研發的具有自主智慧財產權的新一代超高速全光真隨機數發生器樣機，突破了現有隨機數生成技術的種種瓶頸，確立我國在密鑰生成技術領域的領先地位，可為密碼學、通信及信息安全等領域的前沿基礎研究和尖端科技提供硬體和技術支撐。