一种超快实时光学真随机码型发生器是将锁模脉冲激光器输出的超短光脉冲序列加载到全光开关的控制信号输入端；同时激光混沌熵源输出的连续混沌光信号由全光开关的探测信号端输入，全光开关完成对混沌光信号的下采样，输出光脉冲序列；采样后获得混沌光脉冲序列滤除闲散噪声后，经光电探测器转换为混沌电脉冲序列加载到差分比较器的正极端；可调谐稳压源输出的电压信号作为比较电压加载到差分比较器负极端；当混沌电脉冲峰值电压大于比较电压时，差分比较器输出高电平‘1’码；反之输出低电平‘0’码，此连续且随机出现的高低电平构成高速实时真随机码序列。本实时码率高达10 Gb/s量级，极大地满足了当前高速保密通信的需求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术与一种真随机码型发生器有关，尤其是一种用于信息安全及保密通信领域的超快实时光学真随机码型发生器。
技术介绍
随机码在保密通信领域有着广泛的应用。安全可靠随机码的产生关系到国防安全、金融稳定、商业机密以及个人隐私等众多方面。在保密通信中，一般利用随机码作为密钥对明文信息进行加密，以保证所传输信息的安全可靠。绝对保密的通信必须依靠由 Shannon 提出的“一次一密”技术。其基本思想是利用非决定性的随机密码对明文信息进行“一对一”甚至“多对一”的加密，要求该密码只被使用一次且长度不短于明文长度。换言之，绝对安全保密通信方式的实现，要求码率不低于通信速率的真随机码的大量、实时产生。利用算法可以产生快速随机码，但其具有周期性、可破解，是伪随机码，无法保证信息的绝对安全。利用物理随机过程作为熵源，可产生无法被破解的真随机码，可从根本上杜绝信息泄露事件的发生。然而，现有真随机码产品多采用热噪声作为熵源，受限于传统物理熵源的带宽瓶颈，其码率处于Mb/s量级，与现代高速信息传输速率差距巨大。近年来，混沌激光这一新型宽带物理熵源的出现，使得真随机码发生器在产生速率方面获得了突破性的发展。2008年，日本内田淳夫课题组在国际知名期刊Nature Photonics上首次利用激光混沌熵源，实现了1.7 Gb/s真随机码的在线、实时产生 [Nat. Photon., vol. 2, pp. 728-732, 2008]。2013年，申请人所在课题组利用混沌激光器成功构建了最快码率达4.5 Gb/s的真随机码发生器[Opt. Express, 21(17): 20452-20462, 2013]。然而，就专利技术人所知，除了上述两个在先技术报道的实时随机码产生之外，大部分研究更多的是理论探讨，其方法都是通过对实验采集得到的物理过程的时间序列进行离线计算机处理而实现的。严格来讲，这种离线处理方法只能得到随机“数”，而不能产生实时连续输出的随机码。而随机码发生器的实时输出是其在通信加密应用中的必要条件。截至目前，专利技术人所在课题组利用激光混沌所构建的真随机码发生器仍保持着当前国际上真随机码产生装置的实时速率最快记录，即4.5 Gb/s。限制其实时码率进一步提升的根本技术原因在于：电ADC面临的“电子抖动速率瓶颈”。具体是电子ADC对信号进行采样及量化处理时，均需要外部电时钟的驱动。而当前最尖端的电时钟在工作于MHz频率范围内时，存在ps量级以上的大幅孔径抖动；并且随着工作频率的升高，该时间抖动呈指数型恶化。这造成了当前电ADC的实时响应速率多处于5 Gb/s以下。当前通信速率已达10 Gb/s，要求速率与之相匹配的高速真随机码的实时、在线产生，以确保信息传输的绝对安全。目前的真随机码产生技术距此码率仍有相当距离，不足以彻底保证现代通信的绝对安全。因此，发展与当前需求相匹配的高速、实时真随机码型发生器已迫在眉睫，它是限制当前绝对安全保密通信实现的最主要困难。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种超快实时光学真随机码型发生器，用以解决上述现有真随机码产生技术中普遍存在的实时码率不足问题。为了解决上述问题以及实现上述目的，本专利技术所采取的措施如下。一种超快实时光学真随机码型发生器，包括锁模脉冲激光器、激光混沌熵源、全光开关、光带通滤波器、光电探测器、可调谐稳压源和差分比较器；其特征在于：锁模脉冲激光器输出高重频f、时间抖动处于fs量级的超短光脉冲序列，加载到全光开关的控制信号输入端，控制全光开关的通断；同时激光混沌熵源输出的连续混沌光信号由全光开关的探测信号端输入，在控制信号超短光脉冲序列的作用下，全光开关完成对混沌光信号的下采样，输出重复频率与超短脉冲序列频率f一致的、但峰值功率混沌起伏的光脉冲序列；采样后获得混沌光脉冲序列经光带通滤波器滤除闲散噪声后，经光电探测器转换为相应的混沌电脉冲序列，加载到差分比较器的正极端；可调谐稳压源输出的电压信号作为比较电压加载到差分比较器的负极端；当混沌电脉冲峰值电压大于比较电压时，差分比较器输出为高电平‘1’码；反之输出低电平‘0’码，此连续且随机出现的高、低电平构成高速实时真随机码序列。基于上述技术方案，进一步的技术特征如下。所述锁模脉冲激光器输出的高重频f、时间抖动处于fs量级的超短光脉冲序列中f取作10 GHz。所述可调谐稳压源输出的比较电压等于混沌电脉冲序列的峰值电压的中值。所述高速实时真随机码序列的码率由锁模脉冲激光器输出的超短光脉冲序列的重复频率f决定，等于10 Gb/s。实现上述本专利技术所提供的一种超快实时光学真随机码型发生器的技术方案，与在先随机码产生技术相比，其优点与积极效果在于：第一，不存在周期性，可提供无限数量的真随机码，克服了伪随机码发生器固有周期性限制。第二，实时码率可达10 Gb/s量级，将现有真随机码发生器的实时码率翻了一番，极大满足了当前高速保密通信的需要。第三，信号处理过程中不再需电时钟的参与，打破了电时钟孔径抖动造成的电ADC的响应速率瓶颈。附图说明图1是本专利技术一种超快实时光学真随机码型发生器的结构示意图。图中：1：锁模脉冲激光器；2：激光混沌熵源；3：全光开关；4：光带通滤波器；5：光电探测器；6：可调谐稳压源；7：差分比较器。图2是本专利技术激光混沌熵源输出的连续混沌信号时序图。图3是本专利技术锁模脉冲激光器输出的超短脉冲序列时序图。图4是本专利技术全光开关输出的采样后的混沌脉冲序列时序图。图5是本专利技术产生的超快实时真随机码序列波形图。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式作出进一步的说明。实施本专利技术上述所提供的一种超快实时光学真随机码型发生器，是在现有技术的基础上，利用锁模激光器产生的高重频、超低抖动（fs量级）的超短光脉冲序列取代孔径抖动极大（ps量级以上）的电时钟，利用全光开关3在光域中完成对混沌光信号的超低抖动采样；继而，利用电子差分比较器取代1位电子ADC作为量化器对其进行量化编码，无需电时钟的驱动，即可产生出具有超快实时码率的真随机码序列。传统意义或者常规方式上，真随机密码领域的技术人员采用的技术路线均是利用光电探测器直接将连续的激光混沌信号转换为电信号，继而利用电时钟作为触发或诱导信号，在电域中利用电ADC完成对其进行采样、量化及后续处理等全部过程。这就导致整个信号处理过程中，均须要电时钟的参与， ps甚至ns量级以上孔径抖动的存在严重限制了电子ADC的响应速率，导致当前真随机码发生器最高实时速率不足５Gb/s。本专利技术打破本领域研究人员采用电子ADC和电时钟，完全在电域中对混沌信号进行所有的信号处理过程（即采样、量化及后续处理）的思维惯性和定式，将采样和量化过程剥离开来，采用全光开关在光域中完成对混沌光信号的直接采样，而后再于电域中采用电子差分比较器对其进行量化处理等，整个处理过程中无需电时钟的参与，从而有效克服电子时钟抖动给真随机码产生技术设置的电子速率瓶颈。本专利技术将现有真随机码发生器的实时码率至少翻了一番，没有想到也没能预见到有如此显著的效果，完全能够满足现代高速保密通信的安全需要，极大地拓宽了随机码发生器的应用范围。本专利技术人所在课题组自2008年以来，长期关注着真随机码发生器研究方向的最新研究进展。截至目前，尚未发现有任何相关本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种超快实时光学真随机码型发生器，包括锁模脉冲激光器、激光混沌熵源、全光开关、光带通滤波器、光电探测器、可调谐稳压源和差分比较器；其特征在于：锁模脉冲激光器（1）输出高重频f、时间抖动处于fs量级的超短光脉冲序列，加载到全光开关（3）的控制信号输入端，控制全光开关（3）的通断；同时激光混沌熵源（2）输出的连续混沌光信号由全光开关（3）的探测信号端输入，在控制信号超短光脉冲序列的作用下，全光开关（3）完成对混沌光信号的下采样，输出重复频率与超短脉冲序列频率f一致的、但峰值功率混沌起伏的光脉冲序列；采样后获得混沌光脉冲序列经光带通滤波器（4）滤除闲散噪声后，经光电探测器（5）转换为相应的混沌电脉冲序列，加载到差分比较器（7）的正极端；可调谐稳压源（6）输出的电压信号作为比较电压加载到差分比较器（7）的负极端；当混沌电脉冲峰值电压大于比较电压时，差分比较器（7）输出为高电平‘1’码；反之输出低电平‘0’码，此连续且随机出现的高、低电平构成高速实时真随机码序列。
【技术特征摘要】
1. 一种超快实时光学真随机码型发生器，包括锁模脉冲激光器、激光混沌熵源、全光开关、光带通滤波器、光电探测器、可调谐稳压源和差分比较器；其特征在于：锁模脉冲激光器（1）输出高重频f、时间抖动处于fs量级的超短光脉冲序列，加载到全光开关（3）的控制信号输入端，控制全光开关（3）的通断；同时激光混沌熵源（2）输出的连续混沌光信号由全光开关（3）的探测信号端输入，在控制信号超短光脉冲序列的作用下，全光开关（3）完成对混沌光信号的下采样，输出重复频率与超短脉冲序列频率f一致的、但峰值功率混沌起伏的光脉冲序列；采样后获得混沌光脉冲序列经光带通滤波器（4）滤除闲散噪声后，经光电探测器（5）转换为相应的混沌电脉冲序列，加载到差分比较器（7）的正极端；可调谐稳压源（6）输出的电压...
【专利技术属性】
技术研发人员：李璞，王云才，张建国，刘香莲，易小刚，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14
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