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摘要

物理真随机数发生器对密码学和保密通信至关重要. 现有随机数发生器, 或者复杂庞大, 或者受限于器件带宽, 不能很好地满足现代高速通信系统的需要. 本文提出了一种基于超晶格(superlattices, SLs)芯片的全固态实时高速物理真随机数发生器. 通过选取合适直流偏置电压对SLs芯片进行激发, 从而产生高频混沌振荡信号作为物理熵源, 利用采样频率为2 GHz的多位模数转换器(analog-to-digital converter, ADC)进行量化, 生成12位的二进制随机比特, 然后使用现场可编程逻辑门阵列(field programmable gate array, FPGA)抽取最低4位为有效位并进行比特反转以改善其随机性, 最终获得了实时速率为8 Gbit/s的随机数. 经验证, 该发生器产生的随机数通过了随机数行业标准(NIST SP 800-22)的测试, 具备优良的统计特性, 有望小型化集成到高速通信设备之上.

关键词:

Abstract

Secret key is required in secure communications, and random numbers are generally used as keys to encrypt the original information. So it is crucial for cryptography and secure communication to generate the physical random number, which is completely safer than pseudo random number. However, Existing physical random number generator systems are difficult to satisfy the requirements of high-speed communication due to their complexity, large size, and limited equipment bandwidth. The GaAs/Al _0.45Ga _0.55superlattices is based on a structure formed by the alternating growth of two semiconductor materials, and has a good low-dimensional structure for studying the nonlinear behavior of electrons. Recent studies have shown that the GaAs/Al _0.45Ga _0.55superlattices under the DC voltage could appear chaos current oscillation states in some certain voltage ranges. An all-solid-state real-time high-speed physical true random number generator based on superlattices is presented. The superlattices, excited by appropriate DC bias voltage, could generate a high-frequency chaotic oscillation signal as a source of physical entropy. A multi-bit analog-to-digital converter with 2 GHz sampling frequency is used for quantization to generate 12-bit binary random bits. Then, the field programmable gate array extracts the lowest 4 bits as valid bits and inverts bits to improve its randomness, and finally a true random number with a real-time rate of 8 Gbit/s is obtained. To obtained a superlattices signal with a higher degree of chaos, the Lyapunov exponent was used to assist in selecting a more suitable DC bias. The random number generated by the superlattices, owning excellent statistical characteristics, could pass the test of the random number industry standard (NIST SP 800-22), which is expected to be miniaturized and integrated on high-speed communication equipment.

Keywords:

作者及机构信息

1.
2.

通信作者:杨东东,yd_xian@163.com

基金项目:国家级-高精度激光雷达传感器芯片关键技术研究(No.61834004)

Authors and contacts

1.
2.

Corresponding author:Yang Dong-Dong,yd_xian@163.com

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[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]
[23]
[24]
[25]
[26]
[27]
[28]
[29]
[30]
[31]
[32]
[33]
[34]
[35]
[36]
[37]
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施引文献

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统计测试	P值	通过百分比	结果
频率测试	0.514124	0.995	通过
块内频率测试	0.966244	0.990	通过
累加和测试	0.981609	0.993	通过
游程测试	0.782040	0.993	通过
块内长游程测试	0.657933	0.996	通过
二进制矩阵秩测试	0.379555	0.992	通过
离散傅里叶变换测试	0.196920	0.985	通过
非重叠模块匹配测试	0.938463	0.988	通过
重叠块比配测试	0.224821	0.987	通过
全局通用统计测试	0.513309	0.989	通过
近似熵测试	0.955835	0.998	通过
随机游动测试	0.637119	0.985	通过
随机游动变量测试	0.324180	0.986	通过
串行测试	0.637119	0.982	通过
线性复杂度测试	0.414525	0.995	通过

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[10]
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[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
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[29]
[30]
[31]
[32]
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[36]
[37]
[38]
[39]
[40]
[41]
[42]
[43]
[44]
[45]

[1]	曹文彧, 张雅婷, 魏彦锋, 朱丽娟, 徐可, 颜家圣, 周书星, 胡晓东.超晶格插入层对InGaN/GaN多量子阱的应变调制作用. 必威体育下载 , 2024, 73(7): 077201.doi:10.7498/aps.73.20231677
[2]	王继光, 李珑玲, 邱嘉图, 陈许敏, 曹东兴.钙钛矿超晶格材料界面二维电子气的调控. 必威体育下载 , 2023, 72(17): 176801.doi:10.7498/aps.72.20230573
[3]	房晓南, 危芹, 隋娜娜, 孔志勇, 刘静, 杜颜伶.间隔层调控SrVO₃/SrTiO₃超晶格铁磁半金属-铁磁绝缘体转变. 必威体育下载 , 2022, 71(23): 237301.doi:10.7498/aps.71.20221765
[4]	魏浩铭, 张颖, 张宙, 吴仰晴, 曹丙强.极性补偿对LaMnO₃/LaNiO₃超晶格交换偏置场强度的影响. 必威体育下载 , 2022, 71(15): 156801.doi:10.7498/aps.71.20220365
[5]	刘英光, 任国梁, 郝将帅, 张静文, 薛新强.含有倾斜界面硅/锗超晶格的导热性能. 必威体育下载 , 2021, 70(11): 113101.doi:10.7498/aps.70.20201807
[6]	刘英光, 郝将帅, 任国梁, 张静文.不同周期结构硅锗超晶格导热性能研究. 必威体育下载 , 2021, 70(7): 073101.doi:10.7498/aps.70.20201789
[7]	李柱松, 朱泰山.超晶格和层状结构传热特性的连续模型及其在能源材料设计中的应用. 必威体育下载 , 2016, 65(11): 116802.doi:10.7498/aps.65.116802
[8]	王长, 曹俊诚.太赫兹场和倾斜磁场对超晶格电子动力学特性调控规律研究. 必威体育下载 , 2015, 64(9): 090502.doi:10.7498/aps.64.090502
[9]	罗晓华.Schrödinger方程的一般解与超晶格多量子阱的电子跃迁. 必威体育下载 , 2014, 63(1): 017302.doi:10.7498/aps.63.017302
[10]	罗晓华, 何为, 吴木营, 罗诗裕.准周期激励与应变超晶格的动力学稳定性. 必威体育下载 , 2013, 62(24): 247301.doi:10.7498/aps.62.247301
[11]	冯现徉, 逯瑶, 蒋雷, 张国莲, 张昌文, 王培吉.In掺杂ZnO超晶格光学性质的研究. 必威体育下载 , 2012, 61(5): 057101.doi:10.7498/aps.61.057101
[12]	尚杰, 张辉, 曹明刚, 张鹏翔.氧压对Ba0.6Sr0.4TiO3薄膜晶格常数的影响及BaTiO3/Ba0.6Sr0.4TiO3超晶格的制备. 必威体育下载 , 2011, 60(1): 016802.doi:10.7498/aps.60.016802
[13]	蒋雷, 王培吉, 张昌文, 冯现徉, 逯瑶, 张国莲.超晶格SnO2掺Cr的电子结构和光学性质的研究. 必威体育下载 , 2011, 60(9): 093101.doi:10.7498/aps.60.093101
[14]	李志华, 王文新, 刘林生, 蒋中伟, 高汉超, 周均铭.As保护下的生长中断时间对AlSb/InAs超晶格界面粗糙度的影响. 必威体育下载 , 2007, 56(3): 1785-1789.doi:10.7498/aps.56.1785
[15]	王新军, 王玲玲, 黄维清, 唐黎明, 陈克求.磁场下含结构缺陷多组分超晶格中的局域电子态和电子输运. 必威体育下载 , 2006, 55(7): 3649-3655.doi:10.7498/aps.55.3649
[16]	邓成良, 邵明珠, 罗诗裕.带电粒子同超晶格的相互作用与系统的混沌行为. 必威体育下载 , 2006, 55(5): 2422-2426.doi:10.7498/aps.55.2422
[17]	顾培夫, 陈海星, 秦小芸, 刘旭.基于薄膜光子晶体超晶格理论的偏振带通滤波器. 必威体育下载 , 2005, 54(2): 773-776.doi:10.7498/aps.54.773
[18]	张启义, 田强.超晶格中电场单极畴与偶极畴的形成和输运. 必威体育下载 , 2002, 51(8): 1804-1807.doi:10.7498/aps.51.1804
[19]	程兴奎, 周均铭, 黄绮.超晶格结构中电子的波动性. 必威体育下载 , 2001, 50(3): 536-539.doi:10.7498/aps.50.536
[20]	魏建华, 解士杰, 梅良模.混合金属卤化物的超晶格与量子线特征. 必威体育下载 , 2000, 49(11): 2254-2260.doi:10.7498/aps.49.2254

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