[发明专利]光学随机数生成器及用于生成随机数的方法

说明书

本发明公开了光学随机数生成器及用于生成随机数的方法。该光学随机数生成器包括：光源(2)，用于随机地发射光子(9)；单光子雪崩二极管阵列(3)，用于检测由光源(2)提供的光子(9)，其中，单光子雪崩二极管阵列(3)放置在距离光源(2)的预定距离(d)处；以及控制装置(10)，耦接至单光子雪崩二极管阵列(3)并且控制装置(10)用于确定由单光子雪崩二极管阵列(3)中的每个单光子雪崩二极管检测出的光子(9)的到达时间，并且基于到达时间生成随机数。

技术领域

本公开内容一般涉及光学随机数生成器以及用于生成随机数的方法。

背景技术

随机数在许多应用中是必不可少的。例如，已知的是将随机数用于密码或加密密钥的生成、用于博彩等。

通常情况下，由于伪随机数易于通过执行相应的计算算法而生成，因此伪随机数被用于许多应用中。然而，特别是对于安全性相关的应用，真随机数被越来越多地使用，真随机数是在预计将是随机的物理现象的基础上生成的。

真随机数生成器是已知的。它们基于物理机制，诸如来自环形振荡器的热致抖动，块RAM写入冲撞，并且可以利用例如光学效应。

虽然存在用于生成真随机数的技术，但通常希望提高真随机数的产生。

发明内容

根据第一方面，本公开内容提供了一种光学随机数生成器。光学随机数生成器包括：光源，被配置为随机地发射光子；单光子雪崩二极管阵列，被配置为检测由光源提高的光子，其中，单光子雪崩二极管阵列被放置在距离光源的预定距离处；以及控制装置，耦接至单光子雪崩二极管阵列。控制装置被配置为确定由单光子雪崩二极管阵列中的每个单光子雪崩二极管所检测出的光子的到达时间。控制装置还被配置为基于到达时间生成随机数。

根据第二方面，本公开内容提供了一种用于生成随机数的方法。该方法包括：控制光源随机地发射光子；控制单光子雪崩二极管阵列以检测由光源提供的光子，其中，单光子雪崩二极管阵列被放置在距离光源的预定距离处；确定由单光子雪崩二极管阵列中的每个单光子雪崩二极管所检测出的光子的到达时间；以及基于到达时间生成随机数。

其他方面在从属权利要求、以下书面说明以及附图中进行阐述。

附图说明

通过参照附图的示例方式说明了实施方式，在附图中：

图1a示例性地示出了基于到达时间生成随机数的第一过程；

图1b示例性地示出了基于到达时间生成随机数的第二过程；

图2示意性地示出了真随机数生成器的实施方式；以及

图3示出了用于生成真随机数的方法的流程图。

具体实施方式

在参照图1详细描述实施方式之前，先进行概要说明。

如以上所讨论的，在许多应用中随机数是必须的，例如，用于密码或加密密钥生成、用于博彩等。

如在开始所提到的，由于伪随机数很容易使用可由处理器执行的计算算法来生成，因此伪随机数被用于许多应用中。当使用算法生成伪随机数时，如果所有的种子值是已知的，原则上它们是可被预测的。

与之相反，由于真随机数是基于物理现象的，因此真随机数是不可预测的。

在本实施方式中，光子发射的量子性质被用于生成真随机数。

光学(真)随机数生成器包括：光源，被配置为随机地发射光子；单光子雪崩二极管阵列，被配置为检测由光源提高的光子，其中，单光子雪崩二极管阵列被放置成与光源成预定距离；以及控制装置，耦接至单光子雪崩二极管阵列。控制装置被配置为确定由单光子雪崩二极管阵列的每个单光子雪崩二极管所检测出的光子的到达时间并且基于到达时间生成随机数。