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基于Si_(3)N_(4)微环混沌光频梳的Tbit/s并行实时物理随机数方案
1
作者 王永博 唐曦 +7 位作者 赵乐涵 #张鑫 邓进 吴正茂 杨俊波 周恒 吴加贵 夏光琼 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期123-130,共8页
本文结合片上Si_(3)N_(4)超高Q微环的混沌光频梳和高速现场可编程门阵列,提出并实验验证了一种超高速的并行实时物理随机数方案.结果表明,Si_(3)N_(4)超高Q微环实验得到的光频梳齿包含数百个信道,通过调节Si_(3)N_(4)微环的工作状态使... 本文结合片上Si_(3)N_(4)超高Q微环的混沌光频梳和高速现场可编程门阵列,提出并实验验证了一种超高速的并行实时物理随机数方案.结果表明,Si_(3)N_(4)超高Q微环实验得到的光频梳齿包含数百个信道,通过调节Si_(3)N_(4)微环的工作状态使其处于光学混沌态,从而成为性能优良的物理熵源.采用现场可编程门阵列(FPGA)板载的多位模数转换器,对滤波后频梳的光混沌信号进行离散采样量化,生成8位二进制比特流.对该比特流进行实时的自延迟异或处理,并保留4位最低有效位,实验最终实现了单信道实时速率达5 Gbits/s的合格物理随机比特流.结合实验中数目达294的混沌光频梳齿,本方案的并行实时随机数的吞吐量可望达到1.74 Tbits/s.这些结果可为实时物理随机数源提供集成、超高速的新可选方案. 展开更多
关键词 物理随机数 实时 混沌 光频梳 现场可编程门阵列
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利用混沌激光多位量化实时产生14 Gb/s的物理随机数 被引量：4
2
作者 王龙生 赵彤 +5 位作者 王大铭 吴旦昱 周磊 武锦 刘新宇 王安帮 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第23期163-170,共8页
提出了一种基于混沌激光多位量化的高速物理随机数实时产生方法.利用外腔反馈混沌半导体激光器作为物理熵源,通过时钟速率为7 GHz的多位模数转换器对其采样量化,生成6位有效位的二进制随机比特,然后利用现场可编程软件抽取低2位有效位... 提出了一种基于混沌激光多位量化的高速物理随机数实时产生方法.利用外腔反馈混沌半导体激光器作为物理熵源,通过时钟速率为7 GHz的多位模数转换器对其采样量化,生成6位有效位的二进制随机比特,然后利用现场可编程软件抽取低2位有效位的随机序列并进行自延迟异或处理,获得了实时速率为14 Gb/s的物理随机数.该随机数具有良好的统计随机性,可成功通过随机数行业测试标准(NIST SP 800-22). 展开更多
关键词 半导体激光器 混沌激光 多位量化 物理随机数
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异或门自治布尔网络及物理随机数发生器 被引量：3
3
作者 杜海鋆 张建国 +3 位作者 刘海芳 龚利爽 刘锋 王云才 《深圳大学学报（理工版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期103-109,共7页
自治布尔网络作为可调控的非线性系统,易于产生混沌信号.利用二输入异或门的非线性特性实现一种可产生高熵值混沌的18节点自治布尔网络电路.通过引入滤波系数,建立该电路的改进数学模型.通过数值仿真和电路对比实验研究滤波系数和时延... 自治布尔网络作为可调控的非线性系统,易于产生混沌信号.利用二输入异或门的非线性特性实现一种可产生高熵值混沌的18节点自治布尔网络电路.通过引入滤波系数,建立该电路的改进数学模型.通过数值仿真和电路对比实验研究滤波系数和时延参数对网络动态特性的影响.数值仿真结果与电路实验现象基本一致.当节点之间传输延迟不相等时,滤波系数对混沌的产生具有调控作用,表明引入滤波系数后的数学模型可以更客观描述电路中的物理现象.借助分岔图、李雅普诺夫指数及排序熵进一步分析自治布尔网络电路的非线性特性和随机性,表明该电路输出的混沌序列具有高带宽和高熵值的特点.将该电路用于产生高速物理随机序列,并通过了美国国家标准与技术研究院NIST SP 800-22随机性检测标准. 展开更多
关键词 物理电子学 非线性系统 布尔网络 混沌电路 物理随机数 保密通信
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基于两正交互耦1550nm垂直腔面发射激光器获取多路随机数 被引量：1
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作者 姚晓洁 唐曦 +1 位作者 吴正茂 夏光琼 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期116-123,共8页
提出将正交互耦1550 nm垂直腔面发射激光器(1550 nm-VCSEL)在优化条件下输出的多路平均功率可比拟、延时特征(TDS)得到有效抑制的混沌信号作为混沌熵源,经8位模数转换器(ADC)量化和最低有效位(m-LSB)后续处理获取多路物理随机数的方案,... 提出将正交互耦1550 nm垂直腔面发射激光器(1550 nm-VCSEL)在优化条件下输出的多路平均功率可比拟、延时特征(TDS)得到有效抑制的混沌信号作为混沌熵源,经8位模数转换器(ADC)量化和最低有效位(m-LSB)后续处理获取多路物理随机数的方案,并研究了系统参量对最终获取的比特序列随机性的影响.首先,基于VCSEL的自旋反转模型分析耦合强度和频率失谐对两个正交互耦合1550 nm-VCSEL输出动力学的影响,初步确定利用该系统产生四路平均功率可比拟、TDS得到抑制的混沌信号所需的耦合强度和频率失谐优化范围;在此基础上,选择一个耦合强度值,利用处于优化范围内的不同频率失谐下获取的四路混沌信号作为熵源,经8位ADC量化和m-LSB后续处理得到最终的比特序列;最后,采用NIST Special Publication800-22统计测试套件对获取的最终比特序列的随机性能进行测试,确定了同时获取四路高质量随机数所需的参数范围. 展开更多
关键词 垂直腔面发射激光器 正交互耦 混沌熵源 物理随机数
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基于自治布尔网络的高速物理随机数发生器研究 被引量：7
5
作者 马荔 张建国 +2 位作者 李璞 徐航 王云才 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第4期888-892,共5页
利用确定性的数学算法可产生快速伪随机数,然而其具有可预测性,难以确保信息安全。从混沌物理熵源中提取的物理随机数具有统计无偏和不可预测性,但是受限于传统混沌电路的带宽瓶颈,随机数的实时产生速率无法有效提高,为此,设计实现一种... 利用确定性的数学算法可产生快速伪随机数,然而其具有可预测性,难以确保信息安全。从混沌物理熵源中提取的物理随机数具有统计无偏和不可预测性,但是受限于传统混沌电路的带宽瓶颈,随机数的实时产生速率无法有效提高,为此,设计实现一种基于自治布尔网络的宽带混沌振荡器。研究结果表明:利用该装置可产生速率达10 Gbit/s的物理随机数序列;所产生的物理随机数序列具有良好的随机统计特性;该装置可便捷地应用于数据加密、高速保密通信等领域。 展开更多
关键词 自治布尔网络 混沌 高速物理随机数发生器
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基于布尔混沌的物理随机数发生器 被引量：6
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作者 张琪琪 张建国 +2 位作者 李璞 郭龑强 王云才 《通信学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第1期201-206,共6页
提出了一种利用布尔混沌熵源产生物理随机数的方法。采用二输入逻辑门构建无自反馈自治布尔网络,并详细分析了该网络动力学特性。在此基础上,利用FPGA实现了15节点无自反馈自治布尔网络,产生出带宽约680 MHz,最小熵接近于1的布尔混沌信... 提出了一种利用布尔混沌熵源产生物理随机数的方法。采用二输入逻辑门构建无自反馈自治布尔网络,并详细分析了该网络动力学特性。在此基础上,利用FPGA实现了15节点无自反馈自治布尔网络,产生出带宽约680 MHz,最小熵接近于1的布尔混沌信号。以该信号为熵源,结合熵提取电路完成了实时速率达100 Mbit/s的物理随机数产生。NISTSP800-22及DIEHARD随机数检测结果表明,利用布尔混沌熵源产生的物理随机序列可通过所有测试项,具有良好的随机统计特性。 展开更多
关键词 布尔混沌 自治布尔网络 物理随机数发生器 现场可编程门阵列
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基于布尔网络的低功耗物理随机数发生器 被引量：4
7
作者 杨芮 侯二林 +3 位作者 刘海芳 龚利爽 王云才 张建国 《深圳大学学报（理工版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期51-56,共6页
利用布尔网络设计一种低功耗物理随机数发生器,熵源部分为12个二输入逻辑门相互耦合及1个反向器构成的自治布尔网络,并从时域、频域及计算最大李雅普诺夫指数等方面分析其产生信号的混沌特性.经过对该混沌信号采样和量化,生成熵值为1 bi... 利用布尔网络设计一种低功耗物理随机数发生器,熵源部分为12个二输入逻辑门相互耦合及1个反向器构成的自治布尔网络,并从时域、频域及计算最大李雅普诺夫指数等方面分析其产生信号的混沌特性.经过对该混沌信号采样和量化,生成熵值为1 bit/sample、实时产生速率为100 Mbit/s的随机序列.整个物理随机数发生器在现场可编程逻辑阵列(field programmable gate array,FPGA)平台上实现,硬件逻辑资源消耗少.美国国家标准与技术研究院的随机数测试程序结果表明,产生的随机数具有良好的随机统计特性.该设计可应用于高速加密系统、保密通信等信息安全领域. 展开更多
关键词 物理电子学 保密通信 布尔网络 混沌 物理随机数发生器 现场可编程逻辑阵列
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基于双光反馈垂直腔面发射激光器获取双路高速物理随机数研究
8
作者 魏丽霞 唐曦 +1 位作者 吴正茂 夏光琼 《光电子．激光》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第11期2062-2069,共8页
提出基于双光反馈下垂直腔面发射激光器(VCSELs)输出的正交偏振分量混沌振荡来同时获取两路物理随机数(PRN)的方案,数值分析了不同反馈强度下所获取的最终比特序列的随机性能。研究结果表明,通过选择合适的反馈参量可使VCSELs中两个偏... 提出基于双光反馈下垂直腔面发射激光器(VCSELs)输出的正交偏振分量混沌振荡来同时获取两路物理随机数(PRN)的方案,数值分析了不同反馈强度下所获取的最终比特序列的随机性能。研究结果表明,通过选择合适的反馈参量可使VCSELs中两个偏振分量均呈现混沌振荡;其输出的两路混沌信号作为熵源,经8位模数转换器(ADC)量化、比特序列按位反转、异或(XOR)运算和m bit最低有效位(m-LSBs)截取等后续处理后可得到最终比特序列;采用美国国家标准技术研究所(NIST)提供的NIST special publication 800-22统计测试套件对基于不同反馈强度下所产生的混沌信号熵源所获取的最终比特序列的性能进行测试,初步确定了获取可通过NIST speical publication 800-22统计测试的两路随机数所需的反馈强度的范围。 展开更多
关键词 垂直腔面发射激光器(VCSEL) 双光反馈 混沌熵源 物理随机数(PRN)
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基于VCSEL模式跳变产生全光物理随机数
9
作者 赵嘉敏 李璞 +3 位作者 贾志伟 张建国 徐兵杰 王云才 《光通信研究》 北大核心 2020年第6期40-44,共5页
针对当前大多数随机数产生方案结构复杂和体积庞大的问题,文章从理论上提出并仿真论证了一种基于垂直腔面发射激光器(VCSEL)模式跳变直接产生全光物理随机数的技术方案。通过方波调制信号周期性重启工作在双稳区域的VCSEL,并利用自发辐... 针对当前大多数随机数产生方案结构复杂和体积庞大的问题,文章从理论上提出并仿真论证了一种基于垂直腔面发射激光器(VCSEL)模式跳变直接产生全光物理随机数的技术方案。通过方波调制信号周期性重启工作在双稳区域的VCSEL,并利用自发辐射噪声平衡两个偏振模式出射的不对称,可以直接实现随机数的产生。仿真结果表明,该方法可以直接产生速率为2.5 Gbit/s且随机性得到验证的物理随机数。该方案主要包含一个VCSEL,结构简单,为随机数发生器的光子集成问题提供了新的解决方案。 展开更多
关键词 光通信 全光物理随机数 模式跳变 垂直腔面发射激光器
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