[发明专利]一种基于时幅转换的可调真随机数发生系统

说明书

本发明公开了一种基于时幅转换的可调真随机数发生系统。本发明可将任意分布的随机时间信号，利用时幅转换模块将时间间隔转化为电压，并将电压信号输入到判决模块中，判决模块通过选取适当的判决阈值，将超过判决阈值的输出为“1”，将低于判决阈值的输出为“0”，根据选取判决阈值的不同，则可实现输出0和1序列所占比例不同分布概率可调的真随机数。通过调节可调单光子源也可以达到改变生成随机数中0和1所占比例。采用的方案简单，元器件技术成熟，可靠性高，易于实现。

技术领域

本发明涉及通信系统领域，更具体地，涉及一种基于时幅转换的可调真随机数发生系统。

背景技术

信息论的创造者香农证明“一次一密”的加密方式可以保证通信的绝对安全性。“一次一密”的绝对安全性需满足如下三个条件：密钥长度不小于明文长度；密钥是完全随机的；密钥不能重复使用。这就需要提供可靠的随机数发生器。

随机数在通信与密码领域有着广泛应用。如当前经典通信中广泛使用的RSA密码，就需要通过随机数来产生密钥；在量子通信的BB84协议、B92协议等量子通信协议中，都是依靠“一次一密”来保证通信的绝对安全性，需要大量的随机数来生成密钥。

根据是否具有可预测性，随机数又可分为伪随机数和真随机数。伪随机数的产生依赖于算法的计算复杂度产生的数据序列。一旦用于产生伪随机数的随机数种子泄露，伪随机数序列则可以通过计算求出，从而不再具备随机性。因此，伪随机数不能保证通信安全。

真随机数是指由随机的物理过程产生的具有不可预测性随机数，它区别于由算法的计算复杂度产生的伪随机数，尤其是根据量子力学的不确定原理产生的随机数，这种方式产生的随机数满足不可预测性，因此称为真随机数。为保证通信与密码的安全需要使用真随机数。

根据随机数发生器产生的随机序列中0和1所占的比例不同，可以分为平衡随机数发生器和非平衡随机数发生器。平衡随机数发生器即产生的随机数序列中0和1所占的比例相同；非平衡随机数发生器即产生的随机数序列中0和1所占的比例不相同。使用非平衡随机数发生器生成密钥的BB84协议，其效率要高于使用平衡随机数发生器产生密钥的BB84协议。但是，使用固定概率的非平衡随机数发生器生成密钥的BB84协议，其安全性要低于使用平衡随机数发生器产生密钥的BB84协议。

发明内容

本发明提供一种可产生分布概率可调的随机数序列的基于时幅转换的可调真随机数发生系统。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：

一种基于时幅转换的可调真随机数发生系统,包括顺次连接的随机信号源、采集模块、时幅转换模块、判决模块和输出模块；随机信号源是脉冲信号，采集模块采集随机信号源的脉冲信号，时幅转换模块将两个脉冲到达的时间间隔转化为电压信号，判决模块将接收到的电压信号与判决阈值进行比较，若超过判决阈值则输出模块输出“1”，否则输出“0”，判决阈值由判决模块自由调节，通过改变判决阈值的大小，调节输出模块输出的随机数中0和1所占的比例。

进一步地，所述随机信号源的两个相邻脉冲的时间间隔的分布函数为：

P(T≤t)＝f(t)

其中t代表相邻脉冲的时间间隔；P(T≤t)代表相邻脉冲的时间间隔小于t的概率；T代表相邻脉冲的时间间隔，f(t)代表脉冲时间间隔分布的概率函数为任意概率分布函数。