偏振光量子随机源

报道了一种基于偏振光量子的随机效应产生的随机源，这种方法利用了单个偏振光子在偏振分束镜表现出来的量子随机性.用同步符合单光子检测技术，对衰减的偏振单光子源在偏振分束镜表现的随机性进行检测，利用计算机和数据采集卡，获得了二元随机码.利用国际通用的随机数检测程序(ENT)对直接获得的数据进行随机性分析，结果完全满足真随机数的标准.     

空间混沌序列的加密特性研究

提出一个基于空间混沌系统的伪随机序列发生器,对空间混沌产生的伪随机位序列进行了FIPS140-1统计性检验和相关性分析,并应用空间混沌产生的各态历经矩阵实现图像的加密解密,实验的结果表明这种基于空间混沌系统的伪随机序列产生器具有优良的随机性,巨大的密钥空间和敏感性. 关键词： 伪随机序列 空间混沌系统 图像加密     

基于混沌激光产生1 Gbit/s的随机数

利用光反馈半导体激光器产生的混沌激光作为随机数发生器的物理熵源,通过8位 ADC将熵源信息转化为二进制码,并经后续差分运算处理改善其随机性,最终获得了1 Gbit/s的随机数.所产生的随机数通过了NIST Special Publication 800-22的全部测试项. 关键词： 混沌激光 随机数发生器 半导体激光器 模数转换     

基于数模混合的混沌映射实现

混沌随机序列发生器在数字实现时面临有限字长效应, 无法严格保证伪随机序列的非周期性. 构建了一类包含最少模拟器件的新数模混合系统, 分析比较了此类系统的非线性动力学行为. 利用现场可编程逻辑门阵列和RC电路实现了混沌映射, 构造了稳定的高速随机序列发生器, 可产生100 Gbit/s以上速率的随机数. 研究表明, 数模混合系统的混沌性对元件参数变化不敏感, 数模实现验证了新系统的存在性和物理上的可实现性. 系统易于集成在数字加密、保密通信和雷达波形产生等应用系统中.     

基于GaAs/Al_(0.45)Ga_(0.55)As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.     

光量子随机数发生器

设计制作了基于单光子量子随机性的二进制随机数发生器,通过50/50光分束器的光子流被其后的单光子探测器记录下光子路径,经高速电路和计算机数据采集系统转换为二进制随机数流,目前实验中随机数采集速率达100 Kbit/s,本文采用延迟符合计数法来克服探测器暗计数的影响.使暗计数对随机数序列的影响下降了2到3个数量级,最后应用的三种随机性测试表明所采数据随机性良好.     

反馈强度对外腔反馈半导体激光器混沌熵源生成的随机数序列性能的影响

外腔反馈半导体激光器在合适的反馈强度下将呈现混沌态, 其输出的激光混沌信号可作为物理熵源获取物理随机数序列. 着重研究了外腔反馈强度对最后获取的二元码序列的随机性的影响. 数值仿真结果表明, 随着反馈强度的增加, 外腔反馈半导体激光器输出的混沌信号的延时时间特征峰值呈现先逐渐减小再逐渐增大的过程, 而对应的排列熵特征值呈现先增大、后缓慢降低的过程, 即存在一个优化的反馈强度可使输出的混沌信号的延时特征得到有效抑制且复杂度高. 利用NIST Special Publication 800-22软件对基于不同反馈强度下外腔半导体激光器输出的混沌信号所产生的二元码序列的随机性进行了相关测试, 并讨论了反馈强度的大小对测试结果的影响.     

基于线性反馈移位寄存器和混沌系统的伪随机序列生成方法

结合线性反馈移位寄存器（LFSR）和混沌理论各自的优点,采用循环迭代结构,给出一种将LFSR和混沌理论相结合的伪随机序列生成方法.首先根据LFSR的计算结果产生相应的选择函数,通过选择函数确定当前迭代计算使用的混沌系统,应用选择的混沌系统进行迭代计算产生相应的混沌序列;然后把生成的混沌序列进行数制转换,在将得到的二进制序列作为产生的伪随机序列输出的同时将其作为反馈值与LFSR的反馈值进行相应的运算,运算结果作为LFSR的最终反馈值,实现对LFSR生成序列的随机扰动.该方法既可生成二值伪随机序列,也可生成实值伪随机序列.通过实验对生成的伪随机序列进行了分析,结果表明,产生的序列具有良好的随机性和安全性. 关键词： 线性反馈移位寄存器 混沌系统 伪随机序列 随机性     

利用混沌激光多位量化实时产生14 Gb/s的物理随机数

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).     

切比雪夫光混沌发生器的优化

研究了利用马赫-曾德尔干涉仪来构造扩频序列的设计方法,并对以往提出的切比雪夫光混沌序列发生器的构造原理和方案进行了分析,针对其受到器件尺寸限制的不足,提出了利用余弦函数的性质对其改进的新方案,从而消除了原方案在设计上的局限性.同时通过外加电压对马赫-曾德尔干涉仪两臂折射率的调节增加了波长适应性功能,使得光混沌序列发生器可以在不同的入射波长下得到不同的切比雪夫光混沌序列. 关键词： 切比雪夫映射 混沌序列 Lyapunov指数 光混沌序列发生器     

Adjustable unbalanced quantum random-number generator

We report an adjustable unbalanced quantum random-number generator based on the polarization of photons,which can produce nondeterministic true random unbalanced numbers. The underlying physical process is inherently quantum mechanical. To prove the quality of the output sequence of the proposed generator, we test the obtained bias-free sequence through the 3-standard-deviation criteria and the National Institutes of Standards and Technology test suite. Another type of nondeterministic unbalanced random-number generator is also studied in this work, to evaluate the quality of the output biased random numbers.     

Consideration for Affects of an XOR in a Random Number Generator Using Ring Oscillators

A cloud service to offer entropy has been paid much attention to. As one of the entropy sources, a physical random number generator is used as a true random number generator, relying on its irreproducibility. This paper focuses on a physical random number generator using a field-programmable gate array as an entropy source by employing ring oscillator circuits as a representative true random number generator. This paper investigates the effects of an XOR gate in the oscillation circuit by observing the output signal period. It aims to reveal the relationship between inputs and the output through the XOR gate in the target generator. The authors conduct two experiments to consider the relevance. It is confirmed that combining two ring oscillators with an XOR gate increases the complexity of the output cycle. In addition, verification using state transitions showed that the probability of the state transitions was evenly distributed by increasing the number of ring oscillator circuits.     

基于光量子的真随机源

介绍基于单光子的量子随机性产生二元真随机序列的实验以及所采用的数学处理方法.实验利用单光子探测器,较高速的信号处理电路和计算机数据采集系统,接收记录随机选择反射或折射路径通过50/50分束器的光子,从而获得原始的二元随机序列.用Huffman编码方法把原始数据压缩为符合密码学要求的真随机序列.随机序列采集的速率理论上可达200kbit/s. 关键词： 真随机数源 单光子 光子束器 Huffman编码及数据压缩     

True Random Number Generator Realized by Extracting Entropy from a Negative-Inductance Superconducting Quantum Interference Device

A new type of superconductive true random number generator(TRNG) based on a negative-inductance superconducting quantum interference device(nSQUID) is proposed. The entropy harnessed to generate random numbers comes from the phenomenon of symmetry breaking in the nSQUID. The experimental circuit is fabricated by the Nb-based lift-off process. Low-temperature tests of the circuit verify the basic function of the proposed TRNG.The frequency characteristics of the TRNG have been analyzed by simulation. The generation rate of random numbers is expected to achieve hundreds of megahertz to tens of gigahertz.     

基于单光子脉冲时间随机性的光量子随机源

提出了一种基于单光子脉冲时间随机性的光量子随机源。利用衰减成单光子态的光强恒定光源和一个单光子探测器产生单光子随机脉冲,通过连续比较单光子随机脉冲序列中相邻两个脉冲的时间间隔来提取随机位。通过设计高速响应的微通道板单光子探测器和基于现场可编程门阵列(FPGA)的随机位提取电路,获得了超过10Mbit/s的随机位产生速率。通过采用恒比定时和对计数时钟倍频的方法提高时间间隔的测量精度,从而减小随机位序列的相关系数。当光量子随机源的随机位产生速率在10kbit/s以下时,所获得的二进制随机位序列的相关系数小于0.001。运用随机性测试程序ENT和DIEHARD对所获的随机位序列进行测试,测试结果表明序列的随机性非常好且不需要后续处理,完全满足真随机数的标准。     

基于光子间隙随机分布的真随机数源

提出了利用模数转换器提高真随机数源速率的方案, 该方案基于衰减脉冲激光光子间隙随机分布, 可使随机数的产生速率提高十几倍.实验中将时间幅度转换仪与16位模数转换器相结合, 产生的各比特位随机数序列顺利通过了国际通用的随机数检测程序统计测试标准, 该方案实验装置简单, 增强了系统的抗干扰能力. 关键词： 衰减式单光子源 模数转换 延时符合 随机数检测     

Single Sign-On Under Quantum Cryptography

Single Sign-On (SSO) is an important cryptography mechanism in distributed systems and is implemented in many known systems, such as the famous Kerberos. Quantum cryptography has excellent security properties guaranteed by physical principles and makes great influence on traditional cryptography. In this paper, we combines the SSO mechanism and quantum cryptography together. A SSO solution under quantum cryptography is designed. Through security analysis, we show that this solution has good security properties.     

混沌光场光子统计分布及二阶相干度的分析与测量

利用通信波段双通道单光子探测器,采用Hanbury Brown-Twiss关联测量方案,理论分析并实验测量了光反馈半导体激光器产生的混沌光场的光子统计分布及不同混沌状态光场的二阶相干度.通过对混沌光场二阶相干度g~((2))(τ)的理论分析,得出随着延迟时间和相干时间的变化,其与相干光、热光及单光子态的二阶相干度可明显区分并呈现出不同分布.同时实验上产生了频谱宽度6.7 GHz的混沌光场,测量了不同光子数分布的结果,并用高斯随机分布、泊松分布、玻色-爱因斯坦分布对光子数分布进行理论拟合,发现随着入射平均光子数的增加,光子数分布从玻色-爱因斯坦分布过渡到泊松分布,但整个过程都与高斯随机分布符合较好,且光场的二阶相干度g~((2))(0)由2降至1.通过改变偏置电流(I=1.0Ith-2.0Ith)和反馈强度(0—10%),实验上研究了混沌光场由低频起伏到相干塌陷的过程中不同状态宏观动力学特性与二阶相干度的对应关系.结果表明:混沌光场在此过程中始终呈现出明显的聚束效应,并在频谱宽度最大时达到最强;同时给出了光子计数测量中聚束效应减弱的物理原因.实验表明该系统及方法能很好地揭示不同状态混沌光场的光子统计特性.     

Quantum cryptography using entangled photons in energy-time bell states

We present a setup for quantum cryptography based on photon pairs in energy-time Bell states and show its feasibility in a laboratory experiment. Our scheme combines the advantages of using photon pairs instead of faint laser pulses and the possibility to preserve energy-time entanglement over long distances. Moreover, using four-dimensional energy-time states, no fast random change of bases is required in our setup: Nature itself decides whether to measure in the energy or in the time base, thus rendering eavesdropper attacks based on "photon number splitting" less efficient.     

Non-Markovian random unitary qubit dynamics

We compare two approaches to non-Markovian quantum evolution: one based on the concept of divisible maps and the other one based on distinguishability of quantum states. The former concept is fully characterized in terms of local generator whereas it is in general not true for the latter one. A simple example of random unitary dynamics of a qubit shows the intricate difference between those approaches. Moreover, in this case both approaches are fully characterized in terms of local decoherence rates.