魏丽霞,唐曦,吴正茂,夏光琼.基于双光反馈垂直腔面发射激光器获取双路高速物理随机数研究[J].光电子激光,2015,26(11):2062~2069
基于双光反馈垂直腔面发射激光器获取双路高速物理随机数研究
Investigation on two-channel physical random number generation based on a vertical-cavity surface-emitting laser with double optical feedback
投稿时间:2015-08-28  
DOI:
中文关键词:  垂直腔面发射激光器(VCSEL)  双光反馈  混沌熵源  物理随机数(PRN)
英文关键词:vertical-cavity surface-emitting laser (VCSEL)  double optical feedback  chaot ic entropy source  physical random number (PRN)
基金项目:国家自然科学基金(61178011,6,61475127,3)资助项目 (西南大学 物理科学与技术学院,重庆 400715)
作者单位
魏丽霞 西南大学 物理科学与技术学院,重庆 400715 
唐曦 西南大学 物理科学与技术学院,重庆 400715 
吴正茂 西南大学 物理科学与技术学院,重庆 400715 
夏光琼 西南大学 物理科学与技术学院,重庆 400715 
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中文摘要:
      提出基于双光反馈下垂直腔面发射激光器(VCSELs) 输出的正交偏振分量混沌振荡来同时获取两 路物理随机数(PRN)的方案,数值分析了不同反馈强度下所获取的最终比特序列的随机性能 。研究结果表明,通 过选择合适的反馈参量可使VCSELs中两个偏振分量均呈现混沌振荡;其输出的两路混沌信号 作为熵源, 经8位模数转换器(ADC)量化、比特序列按位反转、异或(XOR)运算和m bit最低有效位(m-LSBs) 截 取等后续处理后可得到最终比特序列;采用美国国家标准技术研究所(NIST)提供的NIST special publication 800-22统计测试套件对基于不同反馈强度下 所产生的 混沌信号熵源所获取的最终比特序列的性能进行测试,初步确定了获取可通过NIST speical publication 800-22统计测试的两路随机数所需的反馈强 度的范围。
英文摘要:
      We propose an acquisition method of two-channel physical random numbe r (PRN) sequences based on the chaotic oscillation of two orthogonally polarized modes in a vertical-cavit y surface-emitting laser (VCSEL) with double optical feedback,and the randomness of the final bit sequences acqui red at different feedback strengths is simulated and analyzed.The results show that by selecting suita ble feedback strength,both two polarized modes in a VCSEL may be driven into chaotic oscillation simultaneously and then can be taken as chaotic entropy sources to obtain PRN.Next,the two entropy sources are sampled by an 8-bit analog-to-digital converter (ADC).As a result,the bit-order-reversed method,the bitwise exclusiv e-OR (XOR) operation and m least significant bits (m-LSBs) selection are further used in the post-processing of bit sequences to obtain two final bit sequences.Finally,the randomness of two final bit sequences is tested by NIST SP 800-22statistical test suite,and the regions of the feedback strengths which lead to perfect test results are pri marily determined.
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