【摘 要】
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随机数被广泛应用于加密技术以及蒙特卡洛中的数值模拟,可大致分为两类：伪随机序列和物理随机序列。伪随机序列主要是由初始种子和确定算法组成,但由于伪随机序列的周期性,使
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随机数被广泛应用于加密技术以及蒙特卡洛中的数值模拟,可大致分为两类：伪随机序列和物理随机序列。伪随机序列主要是由初始种子和确定算法组成,但由于伪随机序列的周期性,使其在保密通信领域中的应用受到限制。而物理随机序列是基于自然界物理随机现象产生的,随机性更好,不存在周期性,更适用于保密通信中。但目前大多数物理随机数发生器生成速率低,无法满足快速通信的要求。研究发现,半导体激光器在外界扰动的条件下可产生类噪声的宽带混沌信号,因此我们小组提出了从混沌激光信号中提取物理随机序列的方案,并产生了速率高达2.87Gbps的随机序列。虽然利用混沌信号作为随机数发生器的熵源,在国际上已被多次报道。但除日本的Uchida研究小组实验产生了1.7Gbps的随机序列,并通过了随机数测试标准外,其余大部分方案都是基于离线处理软件产生高速随机序列。在本文中围绕着基于混沌激光信号产生物理随机序列的方案,重点研究了以下几方面内容：1.提出了利用光反馈半导体激光器产生的混沌信号作为熵源的高速物理随机数发生器的方案,搭建了相应的实验平台,产生了2.87Gbps的高速物理随机数,并通过了NIST测试标准。2.针对实验过程中,比较器的阈值难以确定,导致生成序列中0,1比例的不均衡,提出了延迟差分探测法。同时给出了该方法的理论依据、实验结果以及消除由于采用延迟差分探测而导致序列随机性不好的后续处理办法。3.采用放大器内部噪声作为熵源,利用延迟差分探测法,实验产生了720Mbps的随机序列。进一步验证了延迟差分探测法的有效性。4.重点研究了随机序列在扩频通信中的应用。将物理随机序列作为扩频码搭建直接序列扩频通信系统,并利用simulink进行了仿真,与传统的PN码做对比,其抗干扰能力提高的同时,也增强了系统的保密性。
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