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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

王龙生 赵彤 王大铭 吴旦昱 周磊 武锦 刘新宇 王安帮

利用混沌激光多位量化实时产生14 Gb/s的物理随机数

王龙生, 赵彤, 王大铭, 吴旦昱, 周磊, 武锦, 刘新宇, 王安帮
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  • 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).
      通信作者: 刘新宇, xyliu@ime.ac.cn;wanganbang@tyut.edu.cn ; 王安帮, xyliu@ime.ac.cn;wanganbang@tyut.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:61475111,61671316)、山西省优秀青年自然科学基金(批准号:2015021004)、山西省国际科技合作项目(批准号:201603D421008)和国际科技合作项目(批准号:2014DFA50870)资助的课题.
    [1]

    Metropolis N, Ulam S 1949 J. Amer. Stat. Assoc. 44 335

    [2]

    Zhao Q C, Yin H X 2013 Optik 124 2161

    [3]

    Petrie C S, Connelly J A 2000 IEEE Trans. Circ. Syst. I:Fundam. Theory Appl. 47 615

    [4]

    Bucci M, Germani L, Luzzi R, Trifiletti A, Varanonuovo M 2003 IEEE Trans. Comput. 52 403

    [5]

    Uchida A, Amano K, Inoue M, Hirano K, Naito S, Someya H, Oowada I, Kurashige T, Shiki M, Yoshimori S, Yoshimura K, Davis P 2008 Nat. Photon. 2 728

    [6]

    Harayama T, Sunada S, Yoshimura K, Davis P, Tsuzuki K, Uchida A 2011 Phys. Rev. A 83 031803

    [7]

    Wang A B, Li P, Zhang J G, Zhang J Z, Li L, Wang Y C 2013 Opt. Express 21 20452

    [8]

    Zhao D L, Li P, Liu X L, Guo X M, Guo Y Q, Zhang J G, Wang Y C 2017 Acta Phys. Sin. 66 050501 (in Chinese)[赵东亮, 李璞, 刘香莲, 郭晓敏, 郭龑强, 张建国, 王云才 2017 物理学报 66 050501]

    [9]

    Wang A B, Wang Y C, He H C 2008 IEEE Photon. Technol. Lett. 20 1633

    [10]

    Wang A B, Wang Y C, Wang J F 2009 Opt. Lett. 34 1144

    [11]

    Uchida A, Heil T, Liu Y, Davis P, Aida T 2003 IEEE J. Quantum Electron. 39 1462

    [12]

    Zhang M J, Liu T G, Li P, Wang A B, Zhang J Z, Wang Y C 2011 IEEE Photon. Technol. Lett. 23 1872

    [13]

    Hong Y H, Spencer P S, Shore K A 2012 J. Opt. Soc. Amer. B 29 415

    [14]

    Wang A B, Wang Y C, Yang Y B, Zhang M J, Xu H, Wang B J 2013 Appl. Phys. Lett. 102 031112

    [15]

    Reidler I, Aviad Y, Rosenbluh M, Kanter I 2009 Phys. Rev. Lett. 103 024102

    [16]

    Tang X, Wu J G, Xia G Q, Wu Z M 2011 Acta Phys. Sin. 60 110509 (in Chinese)[唐曦, 吴加贵, 夏光琼, 吴正茂 2011 物理学报 60 110509]

    [17]

    Kanter I, Aviad Y, Reidler I, Cohen E, Rosenbluh M 2010 Nat. Photon. 4 58

    [18]

    Li N Q, Kim B, Chizhevsky V N, Locquet A, Bloch M, Citrin D S, Pan W 2014 Opt. Express 22 6634

    [19]

    Yang H B, Wu Z M, Tang X, Wu J G, Xia G Q 2015 Acta Phys. Sin. 64 084204 (in Chinese)[杨海波, 吴正茂, 唐曦, 吴加贵, 夏光琼 2015 物理学报 64 084204]

    [20]

    Akizawa Y, Yamazaki T, Uchida A, Harayama T, Sunada S, Araiet K, Yoshimura K, Davis P 2012 IEEE Photon. Technol. Lett. 24 1042

    [21]

    Oliver N, Soriano M, Sukow D, Fischer I 2013 IEEE J. Quantum Electron. 49 910

    [22]

    Li X Z, Li S S, Zhuang J P, Chan S C 2015 Opt. Lett. 40 3970

    [23]

    Tang X, Wu Z M, Wu J G, Deng T, Chen J J, Fan L, Zhong Z Q, Xia G Q 2015 Opt. Express 23 33130

    [24]

    Sun Y Y, Li P, Guo Y Q, Guo X M, Liu X L, Zhang J G, Sang L X, Wang Y C 2017 Acta Phys. Sin. 66 030503 (in Chinese)[孙媛媛, 李璞, 郭龑强, 郭晓敏, 刘香莲, 张建国, 桑鲁骁, 王云才 2017 物理学报 66 030503]

    [25]

    Wang A B, Wang L S, Li P, Wang Y C 2017 Opt. Express 25 3153

    [26]

    Wu D Y, Zhou L, Huang Y K, Wang P, Wu J, Jin Z, Liu X Y 2016 Bipolar/BiCMOS Circuits and Technology Meeting New Jersey, America, September 25-27 2016 p90

    [27]

    Lin F Y, Liu J M 2003 Opt. Commun. 221 173

    [28]

    Rontani D, Locquet A, Sciamanna M, Citrin D S, Ortin S 2009 IEEE J. Quantum Electron. 45 879

    [29]

    Sciamanna M, Shore K A 2015 Nat. Photon. 9 151

    [30]

    Wang L S, Zhao T, Wang D M, Wu D Y, Zhou L, Wu J, Liu X Y, Wang Y C, Wang A B 2017 IEEE Photon. J. 9 7201412

  • [1]

    Metropolis N, Ulam S 1949 J. Amer. Stat. Assoc. 44 335

    [2]

    Zhao Q C, Yin H X 2013 Optik 124 2161

    [3]

    Petrie C S, Connelly J A 2000 IEEE Trans. Circ. Syst. I:Fundam. Theory Appl. 47 615

    [4]

    Bucci M, Germani L, Luzzi R, Trifiletti A, Varanonuovo M 2003 IEEE Trans. Comput. 52 403

    [5]

    Uchida A, Amano K, Inoue M, Hirano K, Naito S, Someya H, Oowada I, Kurashige T, Shiki M, Yoshimori S, Yoshimura K, Davis P 2008 Nat. Photon. 2 728

    [6]

    Harayama T, Sunada S, Yoshimura K, Davis P, Tsuzuki K, Uchida A 2011 Phys. Rev. A 83 031803

    [7]

    Wang A B, Li P, Zhang J G, Zhang J Z, Li L, Wang Y C 2013 Opt. Express 21 20452

    [8]

    Zhao D L, Li P, Liu X L, Guo X M, Guo Y Q, Zhang J G, Wang Y C 2017 Acta Phys. Sin. 66 050501 (in Chinese)[赵东亮, 李璞, 刘香莲, 郭晓敏, 郭龑强, 张建国, 王云才 2017 物理学报 66 050501]

    [9]

    Wang A B, Wang Y C, He H C 2008 IEEE Photon. Technol. Lett. 20 1633

    [10]

    Wang A B, Wang Y C, Wang J F 2009 Opt. Lett. 34 1144

    [11]

    Uchida A, Heil T, Liu Y, Davis P, Aida T 2003 IEEE J. Quantum Electron. 39 1462

    [12]

    Zhang M J, Liu T G, Li P, Wang A B, Zhang J Z, Wang Y C 2011 IEEE Photon. Technol. Lett. 23 1872

    [13]

    Hong Y H, Spencer P S, Shore K A 2012 J. Opt. Soc. Amer. B 29 415

    [14]

    Wang A B, Wang Y C, Yang Y B, Zhang M J, Xu H, Wang B J 2013 Appl. Phys. Lett. 102 031112

    [15]

    Reidler I, Aviad Y, Rosenbluh M, Kanter I 2009 Phys. Rev. Lett. 103 024102

    [16]

    Tang X, Wu J G, Xia G Q, Wu Z M 2011 Acta Phys. Sin. 60 110509 (in Chinese)[唐曦, 吴加贵, 夏光琼, 吴正茂 2011 物理学报 60 110509]

    [17]

    Kanter I, Aviad Y, Reidler I, Cohen E, Rosenbluh M 2010 Nat. Photon. 4 58

    [18]

    Li N Q, Kim B, Chizhevsky V N, Locquet A, Bloch M, Citrin D S, Pan W 2014 Opt. Express 22 6634

    [19]

    Yang H B, Wu Z M, Tang X, Wu J G, Xia G Q 2015 Acta Phys. Sin. 64 084204 (in Chinese)[杨海波, 吴正茂, 唐曦, 吴加贵, 夏光琼 2015 物理学报 64 084204]

    [20]

    Akizawa Y, Yamazaki T, Uchida A, Harayama T, Sunada S, Araiet K, Yoshimura K, Davis P 2012 IEEE Photon. Technol. Lett. 24 1042

    [21]

    Oliver N, Soriano M, Sukow D, Fischer I 2013 IEEE J. Quantum Electron. 49 910

    [22]

    Li X Z, Li S S, Zhuang J P, Chan S C 2015 Opt. Lett. 40 3970

    [23]

    Tang X, Wu Z M, Wu J G, Deng T, Chen J J, Fan L, Zhong Z Q, Xia G Q 2015 Opt. Express 23 33130

    [24]

    Sun Y Y, Li P, Guo Y Q, Guo X M, Liu X L, Zhang J G, Sang L X, Wang Y C 2017 Acta Phys. Sin. 66 030503 (in Chinese)[孙媛媛, 李璞, 郭龑强, 郭晓敏, 刘香莲, 张建国, 桑鲁骁, 王云才 2017 物理学报 66 030503]

    [25]

    Wang A B, Wang L S, Li P, Wang Y C 2017 Opt. Express 25 3153

    [26]

    Wu D Y, Zhou L, Huang Y K, Wang P, Wu J, Jin Z, Liu X Y 2016 Bipolar/BiCMOS Circuits and Technology Meeting New Jersey, America, September 25-27 2016 p90

    [27]

    Lin F Y, Liu J M 2003 Opt. Commun. 221 173

    [28]

    Rontani D, Locquet A, Sciamanna M, Citrin D S, Ortin S 2009 IEEE J. Quantum Electron. 45 879

    [29]

    Sciamanna M, Shore K A 2015 Nat. Photon. 9 151

    [30]

    Wang L S, Zhao T, Wang D M, Wu D Y, Zhou L, Wu J, Liu X Y, Wang Y C, Wang A B 2017 IEEE Photon. J. 9 7201412

  • [1] 孙媛媛, 李璞, 郭龑强, 郭晓敏, 刘香莲, 张建国, 桑鲁骁, 王云才. 基于混沌激光的无后处理多位物理随机数高速产生技术研究. 物理学报, 2017, 66(3): 030503. doi: 10.7498/aps.66.030503
    [2] 赵东亮, 李璞, 刘香莲, 郭晓敏, 郭龑强, 张建国, 王云才. 利用混沌激光脉冲在线实时产生7 Gbit/s物理随机数. 物理学报, 2017, 66(5): 050501. doi: 10.7498/aps.66.050501
    [3] 陈莎莎, 张建忠, 杨玲珍, 梁君生, 王云才. 基于混沌激光产生1 Gbit/s的随机数. 物理学报, 2011, 60(1): 010501. doi: 10.7498/aps.60.010501
    [4] 姚晓洁, 唐曦, 吴正茂, 夏光琼. 基于两正交互耦1550 nm垂直腔面发射激光器获取多路随机数. 物理学报, 2018, 67(2): 024204. doi: 10.7498/aps.67.20171902
    [5] 张继兵, 张建忠, 杨毅彪, 梁君生, 王云才. 外腔半导体激光器随机数熵源的腔长分析. 物理学报, 2010, 59(11): 7679-7685. doi: 10.7498/aps.59.7679
    [6] 萧宝瑾, 侯佳音, 张建忠, 薛路刚, 王云才. 混沌半导体激光器的弛豫振荡频率对随机序列速率的影响. 物理学报, 2012, 61(15): 150502. doi: 10.7498/aps.61.150502
    [7] 孟丽娜, 张明江, 郑建宇, 张朝霞, 王云才. 外部光注入混沌激光器产生超宽带微波信号的研究. 物理学报, 2011, 60(12): 124212. doi: 10.7498/aps.60.124212
    [8] 张建忠, 王安帮, 张明江, 李晓春, 王云才. 反馈相位随机调制消除混沌半导体激光器的外腔长信息. 物理学报, 2011, 60(9): 094207. doi: 10.7498/aps.60.094207
    [9] 李璞, 江镭, 孙媛媛, 张建国, 王云才. 面向全光物理随机数发生器的混沌实时光采样研究. 物理学报, 2015, 64(23): 230502. doi: 10.7498/aps.64.230502
    [10] 唐曦, 吴加贵, 夏光琼, 吴正茂. 基于互注入半导体激光器的混沌输出产生17.5 Gbit/s随机码. 物理学报, 2011, 60(11): 110509. doi: 10.7498/aps.60.110509
    [11] 刘鎏, 郑建宇, 张明江, 孟丽娜, 张朝霞, 王云才. 混沌超宽带信号的光学产生及其链路传输. 物理学报, 2012, 61(8): 084204. doi: 10.7498/aps.61.084204
    [12] 兰豆豆, 郭晓敏, 彭春生, 姬玉林, 刘香莲, 李璞, 郭龑强. 混沌光场光子统计分布及二阶相干度的分析与测量. 物理学报, 2017, 66(12): 120502. doi: 10.7498/aps.66.120502
    [13] 赵严峰. 双反馈半导体激光器的混沌特性研究. 物理学报, 2009, 58(9): 6058-6062. doi: 10.7498/aps.58.6058
    [14] 操良平, 夏光琼, 邓涛, 林晓东, 吴正茂. 基于非相干光反馈半导体激光器的双向混沌通信研究. 物理学报, 2010, 59(8): 5541-5546. doi: 10.7498/aps.59.5541
    [15] 张依宁, 冯玉玲, 王晓茜, 赵振明, 高超, 姚治海. 半导体激光器混沌输出的延时特征和带宽. 物理学报, 2020, 69(9): 090501. doi: 10.7498/aps.69.20191881
    [16] 刘莹莹, 潘炜, 江宁, 项水英, 林煜东. 链式互耦合半导体激光器的实时混沌同步. 物理学报, 2013, 62(2): 024208. doi: 10.7498/aps.62.024208
    [17] 刘四平, 张玉驰, 张鹏飞, 李刚, 王军民, 张天才. 减反膜外腔半导体激光器特性的研究. 物理学报, 2009, 58(1): 285-289. doi: 10.7498/aps.58.285.1
    [18] 牛生晓, 王云才, 贺虎成, 张明江. 光注入半导体激光器产生可调谐高频微波. 物理学报, 2009, 58(10): 7241-7245. doi: 10.7498/aps.58.7241
    [19] 黄毅泽, 李毅, 王海方, 俞晓静, 张虎, 张伟, 朱慧群, 孙若曦, 周晟, 张宇明. 双光纤光栅外腔半导体激光器相干失效研究. 物理学报, 2012, 61(1): 014201. doi: 10.7498/aps.61.014201
    [20] 王云才. 增益开关半导体激光器在外光注入下脉冲抖动的实验研究. 物理学报, 2003, 52(9): 2190-2193. doi: 10.7498/aps.52.2190
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-07-12
  • 修回日期:  2017-08-04
  • 刊出日期:  2017-12-05

利用混沌激光多位量化实时产生14 Gb/s的物理随机数

  • 1. 太原理工大学, 新型传感器与智能控制教育部重点实验室, 太原 030024;
  • 2. 太原理工大学物理与光电工程学院, 光电工程研究所, 太原 030024;
  • 3. 中国科学院微电子研究所微波器件与集成电路研究室, 北京 100029
  • 通信作者: 刘新宇, xyliu@ime.ac.cn;wanganbang@tyut.edu.cn ; 王安帮, xyliu@ime.ac.cn;wanganbang@tyut.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:61475111,61671316)、山西省优秀青年自然科学基金(批准号:2015021004)、山西省国际科技合作项目(批准号:201603D421008)和国际科技合作项目(批准号:2014DFA50870)资助的课题.

摘要: 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).

English Abstract

参考文献 (30)

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