基于自治布爾網(wǎng)絡(luò)的高速物理隨機(jī)數(shù)發(fā)生器研究.pdf

1、物理隨機(jī)數(shù)發(fā)生器在網(wǎng)絡(luò)信息安全和密碼學(xué)領(lǐng)域有著重要的作用，同時(shí)在雷達(dá)測(cè)距、身份認(rèn)證和光纖傳感等領(lǐng)域也有著至關(guān)重要的作用。作為雷達(dá)探測(cè)信號(hào)，可以通過(guò)相關(guān)法計(jì)算出探測(cè)目標(biāo)的位置；也可以用于身份認(rèn)證領(lǐng)域，對(duì)身份信息進(jìn)行加密，作為身份認(rèn)證的動(dòng)態(tài)口令來(lái)保證信息的保密性；在光纖傳感領(lǐng)域，可以提高傳感的距離和空間分辨率，提高探測(cè)精度。應(yīng)用于保密通信時(shí)，信息安全顯得尤其重要，香農(nóng)信息理論提出的“一次一密”機(jī)制表明，產(chǎn)生高速且隨機(jī)性好的物理隨機(jī)數(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)信

2、息安全有著極其重要的意義。
　　隨機(jī)數(shù)可分為偽隨機(jī)數(shù)和物理隨機(jī)數(shù)兩個(gè)類別。偽隨機(jī)數(shù)一般通過(guò)特定的算法產(chǎn)生，通過(guò)輸入一個(gè)初始“種子序列”，經(jīng)過(guò)算法迭代計(jì)算得到隨機(jī)序列?，F(xiàn)有的計(jì)算機(jī)處理速率，可以產(chǎn)生高速的偽隨機(jī)序列，速率可達(dá)Gbit/s量級(jí)，然而偽隨機(jī)數(shù)存在周期性，可以被預(yù)測(cè)和還原，難以滿足對(duì)隨機(jī)性要求高的信息安全領(lǐng)域。物理隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生是通過(guò)自然界的物理隨機(jī)現(xiàn)象產(chǎn)生的，其無(wú)法被預(yù)測(cè)和還原，可以滿足隨機(jī)數(shù)的安全性，常見(jiàn)的物理隨機(jī)數(shù)熵源

3、包括電路熱噪聲、振蕩采樣器和混沌電路等，相比其他隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生的方案，混沌電路物理隨機(jī)數(shù)發(fā)生器可以實(shí)現(xiàn)芯片級(jí)、低功耗的設(shè)計(jì)需求。
　　本文提出并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了一種基于自治布爾網(wǎng)絡(luò)的高速隨機(jī)數(shù)發(fā)生器裝置，該裝置可產(chǎn)生輸出穩(wěn)定的隨機(jī)數(shù)序列，通過(guò)多路復(fù)用技術(shù)速率可達(dá)10Gbit/s，且隨機(jī)數(shù)測(cè)試結(jié)果表明其產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)序列具有良好的隨機(jī)統(tǒng)計(jì)特性。此外又結(jié)合UBS2.0架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了隨機(jī)數(shù)的采集，保證所設(shè)計(jì)的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器裝置滿足穩(wěn)定、高效和實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)，

4、同時(shí)，利用此方案研發(fā)了物理隨機(jī)數(shù)發(fā)生器樣機(jī)。
　　本文圍繞基于自治布爾網(wǎng)絡(luò)的高速物理隨機(jī)數(shù)發(fā)生器方案，重點(diǎn)研究了如下方面的內(nèi)容：
　　1、提出和分析了自治布爾網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)數(shù)物理熵源結(jié)構(gòu)，并對(duì)熵源進(jìn)行了數(shù)值仿真，確定了熵源結(jié)構(gòu)，并研究其動(dòng)態(tài)特性，分析了其熵值和卡方隨節(jié)點(diǎn)的變化并計(jì)算了李雅普諾夫指數(shù)，表明其混沌特性。
　　2、研究了自治布爾網(wǎng)絡(luò)高速物理隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)及數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)了隨機(jī)數(shù)熵源、熵源提取電路和實(shí)時(shí)后處理電路