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.