[发明专利]一种基于单光子探测器的真随机数源产生系统及方法

摘要

本发明涉及真随机数源技术领域，具体涉及一种基于单光子探测器的真随机数源产生系统及方法。系统包括：上位机、FPGA和单光子探测器（SPD），方法包括：第一步：上位机通过接口模块向所述FPGA发送指令，寄存器模块对所述指令进行解析，同时伪随机数产生模块不断向接收端模块发送随机数；第二步：发送模块向所述SPD发送对应频率的开门触发信号以及所述SPD的雪崩阈值电压；第三步：SPD接收到相应的开门触发信号后，随机地向接收端模块发送探测信号，所述接收端模块采集所述SPD发送的探测信号，接收端模块的内部工作时钟对所述探测信号进行采样；第四步：上位机收取回传的随机数，并将收到的随机数写入文件做随机性检测，本发明得到的随机数随机性更好。

主权项

1.一种基于单光子探测器的真随机数源产生系统产生真随机数源的方法，其中，所述真随机数源产生系统包括：上位机、FPGA和单光子探测器，即SPD，其中，所述上位机和所述FPGA相连，用于向所述FPGA发送控制信息，所述FPGA分别与所述上位机和所述SPD相连；所述FPGA包括：接口模块、寄存器模块、发送端模块、接收端模块和伪随机数产生模块，其中，所述接口模块与所述寄存器模块相连；所述寄存器模块分别与所述接口模块、发送端模块和接收端模块相连，用于对控制信息进行解析；所述发送端模块分别与所述寄存器模块和所述SPD相连，用于向所述SPD发送开门触发信号以及SPD的雪崩阈值电压；所述接收端模块分别与所述寄存器模块、伪随机数产生模块和所述SPD相连，用于采集所述SPD发出的探测信号和接收所述伪随机数产生模块产生的随机数，所述接收端模块包括：内部工作时钟，用于对所述探测信号进行采样，当采集到的探测信号为高电平时，则所述接收端模块将此时收到的来自所述伪随机数产生模块产生的随机数回传给所述上位机，当采集到的探测信号为低电平时，则丢弃此时收到的来自所述伪随机数产生模块产生的随机数；所述伪随机数产生模块与所述接收端模块相连，用于产生随机数并将产生的随机数发送至所述接收端模块，所述伪随机数产生模块包括：43bit线性移位反馈寄存器和37bit元胞自动机移位寄存器，所述伪随机数产生模块产生随机数的方式为：分别在所述43bit线性移位反馈寄存器产生的随机数和37bit元胞自动机移位寄存器产生的随机数中，各选取16bit位宽的随机数进行异或运算，将异或运算后的随机数传递给所述接收端模块；所述SPD分别与所述FPGA中的发送端模块和接收端模块相连，用于接收所述发送端模块发送的开门触发信号且完全随机地向所述接收端模块发送探测信号，所述探测信号为暗记数信号；其特征在于，所述方法包括以下步骤：第一步：所述上位机通过接口模块向所述FPGA发送控制信息，所述FPGA中的程序进行加载，所述寄存器模块对所述控制信息进行解析，同时所述伪随机数产生模块进入工作状态，不断向所述接收端模块发送所述伪随机数产生模块产生的随机数；第二步：通过所述寄存器模块解析后的控制信息控制所述发送模块向所述SPD发送对应频率的开门触发信号以及所述SPD的雪崩阈值电压，调整所述SPD的暗记数信号水平；第三步：所述SPD接收到相应的开门触发信号后，随机地向所述接收端模块发送探测信号，所述接收端模块采集所述SPD发送的探测信号，所述接收端模块的内部工作时钟对所述探测信号进行采样，当采集到的探测信号为高电平时，则所述接收端模块将此时收到的来自所述伪随机数产生模块产生的随机数回传给所述上位机，当采集到的探测信号为低电平时，则丢弃此时收到的来自所述伪随机数产生模块产生的随机数；第四步：所述上位机收取所有由所述FPGA回传的随机数数据，并将收到的随机数写入文件；第五步：对写入所述文件的随机数做随机性检测。