基于GaAs/Al 0.45 Ga 0.55 As超晶格芯片自发混沌振荡的8 Gb/s物理真随机数实现

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.