CN111406247A - 随机数生成电路和随机数生成方法 - Google Patents

Abstract

[问题]提供一种随机数生成电路，在不需要更复杂的电路配置的情况下利用该随机数生成电路能够获得难以预测的随机数。[解决方案]此随机数生成电路被配置成包括光输出装置(1)、光接收装置(2)、电流/电压转换装置(3)、比较装置(4)、采样装置(5)和输出装置(6)。光输出装置(1)输出规定波长的光。光接收装置(2)接收光并将其转换成电流信号。电流/电压转换装置(3)将电流信号转换成电压信号。比较装置(4)将电压信号与参考电压进行比较，并将电压信号转换成二进制信号。采样装置(5)以基于光噪声频率而设置的周期对由比较装置(4)转换的二进制信号采样，并将其转换成位数据。输出装置(6)输出以位数据的转换顺序排列的位串数据。

Description

随机数生成电路和随机数生成方法

技术领域

本发明涉及生成随机数的技术，并且特别地涉及基于从激光器输出的生成随机数的技术。

背景技术

随着信息和通信技术的发展，增加在加密等中获取大数值的随机数的必要性。由于大数据分析技术和关于人工智能(AI)的技术的发展，获取难以预测或估计的随机数已经变得重要。因为在各种设备中执行诸如加密的处理，所以期望生成随机数的随机数生成电路具有尺寸小且尽可能多地被简化的配置。

作为获取难以预测或估计的随机数的方法，存在一种从具有高偶然性的自然现象获取随机数的方法，来代替以伪方式生成的随机数。作为通过使用自然现象来获取随机数的技术之一，存在一种基于从激光器输出的光来获取随机数的技术。基于从激光器输出的光来获取随机数的这种技术的示例是如专利文献1中公开的技术。

PTL 1的随机数生成电路基于从包括激光器和反射镜的混沌激光振荡器输出的光来生成随机数。专利文献1的混沌激光振荡器通过反射镜反射从激光器输出的光，并且从而使光入射在激光器上来操作。PTL 1的随机数生成电路基于从混沌激光振荡器输出的功率的波动来生成二进制随机数。

[引文列表]

[专利文献]

[PTL 1]日本未经审查的专利申请公开No.2009-230200

发明内容

[技术问题]

但是，PTL 1的技术在以下方面是不充分的。PTL 1的随机数生成电路需要从激光器输出的光被反射镜反射并且从而入射到激光器的光学路径，以便于展示作为混沌激光器的功能，并且需要其中接收到从激光器输出的光并将其转换成电信号的光学路径。因此，需要高精度地形成复杂的光学系统，并且因此，存在随机数生成电路的配置变得复杂的可能性。因此，在不使电路配置复杂的情况下，PTL 1的技术不足以作为用于获取难以预测的随机数的技术。

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种随机数生成电路，其可以在没有使电路配置复杂化的情况下获取难以预测的随机数。

[解决问题的方法]

为了解决上述问题，根据本发明的随机数生成电路包括光输出装置、光接收装置、电流/电压转换装置、比较装置、采样装置和输出装置。光输出装置输出规定波长的光。光接收装置接收光，并将光转换成电流信号。电流/电压转换装置将电流信号转换成电压信号。比较装置通过与参考电压比较而将电压信号转换成二进制信号。采样装置以基于光的噪声的频率而设置的周期，对由比较装置转换的二进制信号采样，并将采样的信号转换成位数据。输出装置输出位串数据，在该位串数据中按照被转换的顺序排列位数据。

根据本发明的随机数生成方法包括：输出规定波长的光；接收光；将光转换成电流信号；将电流信号转换成电压信号；以及通过与参考电压比较而将电压信号转换成二进制信号。根据本发明的随机数生成方法进一步包括：以基于光的噪声的频率而设置的周期对转换后的二进制信号进行采样，并将采样后的信号转换成位数据；以及输出其中以被转换的顺序排列位数据的位串数据。

[本发明的有益效果]

根据本发明，可以在不使电路配置复杂化的情况下获取难以预测的随机数。

附图说明

图1是图示本发明的第一示例实施例的配置的概要的图。

图2是图示本发明的第二示例实施例的配置的概要的图。

图3是图示本发明的第二示例实施例的控制单元的配置的图。

图4是图示根据本发明的第二示例实施例的随机数生成系统的配置的示例的图。

图5是图示本发明的第二示例实施例中的激光二极管输出的光的功率与电流之间的关系的示例的图。

图6是图示本发明的第二示例实施例中的滤波器特性的示例的图。

图7是图示本发明的第二示例实施例中的电流/电压转换电路的特性的示例的图。

图8是图示本发明的第二示例实施例中的采样定时的示例的图。

图9是图示本发明的第二示例实施例中的电压信号的振幅与检测频率之间的关系的示例的图。

图10是图示本发明的第二示例实施例中的采样单元的输入信号和输出信号的示例的图。

具体实施方式

[示例实施例]

(第一示例实施例)

参考附图详细描述本发明的第一示例实施例。图1图示根据本示例实施例的随机数生成电路的配置的概要。根据本示例实施例的随机数生成电路包括光输出装置1、光接收装置2、电流/电压转换装置3、比较装置4、采样装置5和输出装置6。输出装置1输出规定波长的光。光接收装置2接收光，并将光转换成电流信号。电流/电压转换装置3将电流信号转换成电压信号。通过与参考电压比较，比较装置4将电压信号转换成二进制信号。以基于光的噪声频率而设置的周期，采样装置5对由比较装置4转换后的二进制信号进行采样，并将采样后的信号转换成位数据。输出装置6输出位串数据，其中以被转换的顺序排列位数据。

在根据本示例实施例的随机数生成电路中，从光输出装置1输出的光被光接收装置2接收并转换成电流信号，并且由电流/电压转换装置3转换成电压信号。在根据本示例实施例的随机数生成电路中，以基于光的噪声的频率而设置的周期，对由比较装置4从电压信号转换而来的二进制信号进行采样，并且通过采样装置5将该二进制信号转换成位数据。因此，根据本示例实施例的随机数生成电路以基于光的噪声的频率设置的周期，对从光转换的电压信号进行采样，并且从而可以在没有使电路配置复杂化的情况下输出随机数。

(第二示例实施例)

参考附图详细描述本发明的第二示例实施例。图2图示根据本示例实施例的随机数生成电路的配置的概要。根据本示例实施例的随机数生成电路100包括光学模块10、控制单元20、比较单元31、采样单元32、反相单元33、电流/电压转换单元34和A/D转换单元35。随机数生成电路100连接到中央处理单元(CPU)，并且向CPU输出所生成的随机数的数据和关于该随机数所基于的光状态的信息。

光学模块10还包括光输出单元11、光波长滤波器单元12、光接收单元13、监测光接收单元14、温度调节单元15和温度监测单元16。光学模块10的光输出单元11、光波长滤光器单元12、光接收单元13和监测光接收单元14形成在同一板上，并且以在光学系统中不发生位移的方式被固定。光学模块10的所有部分都容纳在壳体中。

光输出单元11包括激光二极管和向激光二极管供应电流的电流源，并且输出具有规定波长的光。由光输出单元11输出的光的功率由电流源供应的电流值控制。基于从控制单元20发送的电流控制信号S11来设置由电流源供应的电流的电流值。将从光输出单元11输出的光输入到光波长滤波器单元12。可以以将电流源设置在光学模块10的外部，并且将电流从电流源供应给光学模块10内部的激光二极管的方式来进行配置。

可以基于由监测光接收单元14测量的光的波长来校正由光输出单元11输出的光的波长。在这种配置的情况下，在光输出单元11中使用能够改变波长的光输出模块。基于由监测光接收单元14测量的光的波长来校正由光输出单元11输出的光的波长实现了即使当由于老化或温度变化而导致波长特性改变时，也能继续地获取高质量的随机数。

光波长滤波器单元12被设置为带通滤波器，允许从光输出单元11输入的规定波长的光通过该带通滤波器。可用作光波长滤波器单元12的示例是电介质多层滤波器。在光波长滤光器单元12中已经施加滤光处理的光被分离并输入到光接收单元13和监测光接收单元14。

光接收单元13包括光电二极管，并将从光波长滤波器单元12输入的光转换成电流信号。将DC偏置电路连接到光电二极管，并且将偏置电压施加到光电二极管。由光接收单元13从光转换而来的电流信号作为电流信号S15输入到电流/电压转换单元34。在其中校正光输出单元11的光的波长的配置的情况下，经由控制单元20将指示校正状态的信息发送到CPU，并且CPU被通知光输出单元11的功能正常。

监测光接收单元14测量从光波长滤波器单元12输入的光的波长，并获取用于监测已经通过光波长滤波器单元12的光的波长的与设定值的偏差的数据。监测光接收单元14包括单色仪，并测量输入光的光谱。基于由监测光接收单元14测量的光的光谱，检测光的功率达到其峰值的波长，并且从而指定输入光的波长。监测光接收单元14将测量的光的光谱的信息作为监测结果信号S16输出到控制单元20。

温度调节单元15包括将光学模块10内部的温度保持在设定温度的功能。温度调节单元15包括珀耳帖(Peltier)元件，并且以变为设定温度的方式调节光学模块10内部的温度。温度调节单元15基于从控制单元20发送的温度控制信号S12进行操作，并且从而加热或冷却光学模块10的壳体的内部。

温度监测单元16测量光学模块10内部的温度，并且将测量的温度数据作为温度测量信号S13发送到控制单元20。

下面描述控制单元20的配置。图3图示本示例实施例的控制单元20的配置的概况。控制单元20包括光输出控制单元21、采样控制单元22、温度控制单元23、比较验证单元24和输出单元25。通过总线进行控制单元20的各单元之间的连接。控制单元20由诸如中央处理单元(CPU)或现场可编程门阵列(FPGA)的半导体器件构成。

光输出控制单元21以由光接收单元13接收到的光的功率的平均值变为设定值的方式控制由光输出单元11输出的光的功率。基于从A/D转换单元35作为数字转换信号S22输入的光功率值，光输出控制单元21以将光接收单元13接收到的光的功率变为恒定的方式确定光输出单元11中的电流值的增加或下降值。光输出控制单元21将以光接收单元13所接收的光的功率变为恒定的方式设置的光输出单元11的电流值的信息作为电流控制信号S11发送到光输出单元11

当比较单元31确定“低”或“高”时，采样控制单元22将用作参考的参考电压的模拟信号作为阈值电压信号S14发送到比较单元31。采样控制单元22以使作为采样结果信号S19输入的信号的“低”与“高”之比变为1：1的方式确定用作阈值的参考电压。采样控制单元22将指示采样单元32中的采样周期的时钟作为采样周期信号S17发送到采样单元32。

取决于从光输出单元11的激光二极管输出的光的噪声的周期和光/电转换的电路频率特性来设置采样周期。采样周期可以取决于由采样单元32采样的信号的“低”和“高”之比而可变。

温度控制单元23以使光学模块10内部的温度变为设定值的方式控制温度调节单元15。温度控制单元23基于从温度监测单元16作为温度测量信号S13发送的温度数据来确定温度的增加或降低值。温度控制单元23基于温度的增加或降低值生成指示针对温度调节单元15的设定温度的信号，并将生成的信号作为温度控制信号S12发送到温度调节单元15。

比较验证单元24监测从采样单元32作为采样结果信号S19输入的数据，确定所生成的随机数是否在统计上合适，并且生成确定结果的信息作为质量数据。例如，通过基于由美国商务部的国家标准与技术研究院(NIST)定义的NIST SP800-22而执行随机数测试，比较验证单元24确认随机数的质量。质量数据由例如指示随机数在统计上是否合适的索引构成。

基于从监测光接收单元14发送的作为监测结果信号S16的光波长的数据，比较验证单元24确定与设置为由光输出单元11输出的波长的规定波长的偏差。比较验证单元24将由监测光接收单元14接收的光的波长或与规定波长的偏离量添加到质量数据，并将质量数据发送到输出单元25。

输出单元25将生成作为用于随机数的数据的位串数据作为输出信号S100输出到执行诸如使用随机数进行加密的处理的外部CPU等。响应于从CPU等作为请求信号S200发送的请求，输出单元25将由比较验证单元24生成的质量数据作为输出信号S100输出到CPU等。

比较单元31包括比较输入信号并输出比较结果作为比较结果信号S18的功能。比较单元31通过使用比较器构成。比较单元31将从采样控制单元22作为阈值电压信号S14输入的信号的电压与从电流/电压转换单元34作为电压信号S21输入的信号的电压进行比较。如果电压信号S21比阈值电压信号S14大，则比较单元31输出“高”信号作为比较结果信号S18。当电压信号S21的电压等于或低于阈值电压信号S14的电压时，比较单元31输出“低”信号作为比较结果信号S18。从比较单元31输出的信号被分离成两个路径，分离信号的一个被直接输入到采样单元32，并且分离信号的另一个经由反相单元33输入到采样单元32。

反相单元33对作为比较结果信号S18输入的信号进行反相，并输出反相的信号。反相单元33通过使用反相器构成。反相单元33将输入的“高”信号转换成“低”信号，将输入的“低”信号转换成“高”信号，并且将反相的信号作为反相信号S20输出。反相单元33将反相的信号作为反相信号S20发送到采样单元32。

电流/电压转换单元34被配置成电流/电压转换电路，该电路将输入的电流信号S15转换成电压信号，并将该电压信号作为电压信号S21输出。

A/D转换单元35将从电流/电压转换单元34作为电压信号S21输入的模拟信号转换成数字信号，并将该数字信号作为数字转换信号S22输出到控制单元20。A/D转换单元35将从电流/电压转换单元34输入的电压信号S21的电压值信息作为以数字信号形式的数字转换信号S22输出到控制单元20。

图4图示由根据本示例实施例的随机数生成电路100和CPU 200构成的随机数生成系统的配置示例。CPU 200将请求随机数的数据或随机数的生成状态的信息的信号作为请求信号S200发送到随机数生成电路100。响应于请求信号S200，随机数生成电路100发送随机数的数据或随机数的生成状态的信息作为输出信号S100。CPU 200通过使用从随机数生成电路100获取的位串数据作为随机数来执行诸如加密的每个处理项目。CPU 200从随机数生成电路100请求质量数据，并且接收质量数据作为响应，从而监测随机数生成电路100中的随机数的生成状态。

下面描述根据本示例实施例的随机数生成电路的操作。当随机数生成电路100开始操作时，控制单元20的光输出控制单元21将指示由电流源施加给激光二极管的电流值的信号作为电流控制信号S11发送到光学模块10的光输出单元11。预先设置由电流源供应给激光二极管的电流值的初始值。作为由电流源供应给激光二极管的电流的初始值，可以存储和使用在最后操作时设置的值。

当接收到电流控制信号S11时，光输出单元11从电流源向激光二极管供应由电流控制信号S11指示的电流值的电流，并输出预先设置的波长的连续光。图5图示流过激光二极管的电流与光输出单元11中的输出光的功率之间的关系的示例。

从光输出单元11输出的光被输入到光波长滤波器单元12。当光被输入时，光波长滤波器单元12施加滤波处理，并且从而仅允许设定频带中的光通过。光波长滤光器单元12将已经施加滤波处理的光分离成两部分，并将这两部分输出到光接收单元13和监测光接收单元14。

图6图示光波长滤波器单元12的滤波器特性的示例。图6的水平轴指示光的频率，并且垂直轴指示每个频率的光的透射率。以被调节为由光输出单元11输出的光的波长的方式设置通过光波长滤光器单元12透射的光的波长。

当光被输入到监测光接收单元14时，监测光接收单元14测量输入光的光谱，并且将测量结果作为监测结果信号S16发送到控制单元20的比较验证单元24。

输入到光接收单元13的光被光电二极管转换成电流信号，并且作为电流信号S15被发送到电流/电压转换单元34。

当输入电流信号S15时，电流/电压转换单元34将输入的电流信号转换成电压信号，并输出转换后的电压信号作为电压信号S21。从电流/电压转换单元34输出的电压信号S21被分离成两条路径，并被发送到比较单元31和A/D转换单元35。

图7是图示随机数生成电路100的电流/电压转换单元34中的电流/电压转换电路的特性的示例的图。图7是图示针对每个频率从电流到电压的转换效率的图。在图7中，水平轴指示电信号的频率，并且垂直轴指示当输入的电流信号的电流值相同时从电流到电压的转换效率。

作为电压信号S21输入到A/D转换单元35的信号被转换成数字信号，并且输入的电压信号S21的电压值的信息作为数字转换信号S22被输入到控制单元20的光输出控制单元21。

当电压信号S21被输入到比较单元31时，比较单元31将电压信号S21的电压与从控制单元20的采样控制单元22作为指示参考电压的信号输入的阈值电压信号S14的电压进行比较。

当电压信号S21的电压高于参考电压时，比较单元31输出“高”信号。当电压信号S21的电压等于或低于参考电压时，比较单元31输出“低”信号作为比较结果信号S18。从比较单元31输出的比较结果信号S18被分离成两部分，两个部分之一被直接输入到采样单元32，并且两个部分中的另一个被输入到反相单元33。

图8图示输入到比较单元31的比较器的信号的示例。图8中的符号V_comp指示参考电压。在图8中，水平轴指示当执行采样时的时间，并且垂直轴指示输入信号的电压。

图9图示采样单元32的输入信号的振幅与针对每个振幅的出现频率之间的关系。在图9中，“H输出”对应于“高”信号，并且“L输出”对应于“低”信号。如图9中所图示，通过适当地设置参考电压V_comp，期望以几乎相同的频率检测到“高”和“低”。

当输入比较结果信号S18时，反相单元33在输入信号的电势的“高”和“低”之间进行反相，并且将反相的信号作为反相信号S20输出到采样单元32。

当输入比较结果信号S18和反相信号S20时，采样单元32对输入信号进行采样。采样单元32区分从比较结果信号S18和反相信号S20输入的信号的“高”和“低”，并且交替地对从比较结果信号S18和反相信号S20输入的信号进行采样。采样单元32基于从控制单元20作为采样周期信号S17发送的指示采样定时的信号对输入信号进行采样。

图10图示比较结果信号S18和反相信号S20的状态与从采样单元32输出的信号之间的关系。在图10中，“比较单元输出”指示从比较单元31输入到采样单元32的比较结果信号S18的状态。在图10中，“反相单元输出”指示从反相单元33输入到采样单元32的反相信号S20的状态。在图10中，“采样单元的输出”指示从采样单元32输出的采样结果信号S19的状态。在图10中，比较结果信号S18和反相信号S20被交替采样，并且从采样单元32输出。

基于控制光输出单元11中的光的功率的周期、光接收单元13和电流/电压转换单元34的特性等来设置采样周期。采样周期例如被设置为短于以不受控制周期影响的方式来控制光输出单元11的光功率的周期。采样周期被设置在其中光接收单元13中的光/电转换可以响应的周期的范围内，并且被设置在电流/电压转换单元34的频率特性的范围内。以基于随机数的生成状态而将采样周期设置为可变的方式进行配置。在这样的配置中，例如，当在采样控制单元22中设置参考电压时，可以以基于“高”和“低”的发生率而确定采样周期的方式来配置控制单元20。

采样单元32生成以采样顺序排列采样位数据的位串数据，并将所生成的位串数据作为采样结果信号S19发送到控制单元20的比较验证单元24。

当接收到采样结果信号S19时，控制单元20的输出单元25将接收到的位串数据作为随机数的数据输出到CPU 200。

控制单元20的比较验证单元24分析采样结果信号S19，确定所生成的作为随机数的数据的随机数在统计上是否适当，并且生成确定结果的信息作为质量数据。控制单元20基于CPU 200的请求而将生成的质量数据发送到CPU 200。通过重复上述操作，随机数生成电路100可以向CPU 200供应用于生成随机数的数据。

在生成上述用于生成随机数的数据的同时，控制单元20的光输出控制单元21控制从光输出单元11输出的光的功率。基于光接收单元13的光功率的作为数字转换信号S22输入的信息，控制单元20以通过光接收单元13接收到的光的功率的平均值变成恒定的方式控制从光输出单元11输出的光。通过以使由光接收单元13接收的光的功率的平均值变为设定值的方式执行控制，能够基于光的功率的波动来生成高质量的随机数。控制单元20预先存储光波长滤波器单元12的滤波器特性和分光比的信息，以及光接收单元13中的光的变化量与通过光输出单元11输出的光的功率的调节量之间的关系的信息。控制单元20生成调节由光输出单元11输出的光的功率的控制信号，并且将生成的控制信号作为电流控制信号S11发送给光输出单元11。控制单元20以由光接收单元13接收的光的功率平均值变为预先设置的参考值的方式通过自动功率控制(APC)来控制光输出单元11。光输出单元11基于电流控制信号S11来调节输出光的功率，并且从而由光接收单元13接收的光的功率被保持恒定。

在生成上述用于生成随机数的数据的同时，控制单元20的温度控制单元23控制光学模块10内部的温度。当随机数生成电路100正在操作时，光学模块10的温度监测单元16测量光学模块10内部的温度，并将测量到的温度的信息作为温度测量信号S13发送到控制单元20的温度控制单元23。基于来自于温度监测单元16的作为温度测量信号S13输入的光学模块10内部的温度的信息，温度控制单元23以光学模块10内部的温度变成设定值的方式控制温度调节单元15。温度控制单元23将指示温度调节单元15的温度的调节量的控制信号作为温度控制信号S12发送到温度调节单元15。温度调节单元15基于温度控制信号S12来改变珀耳帖元件的温度，从而调节光学模块10内部的温度。温度调节单元15将光学模块10内部的温度保持在设定值，从而使光输出单元11输出的光的波长和功率稳定。

在生成上述用于生成随机数的数据的同时，采样控制单元22基于采样结果信号S19监测采样的位串数据。采样控制单元22基于监测结果来确定比较单元31中的参考电压。采样控制单元22以使“高”和“低”的发生率变为1:1的方式调节参考电压。采样控制单元22基于规定时间或规定数据量的数据来计算“高”和“低”的发生率。当“高”的发生率高时，采样控制单元22以变得较高的方式设置参考电压。当“低”的发生率高时，采样控制单元22以变得较低的方式设置参考电压。当设置新的参考电压时，采样控制单元22将指示新设置的参考电压的信号作为阈值电压信号S14输出到比较单元31。阈值电压信号S14被转换成模拟信号并被输出。可以将用于转换成模拟信号的单元设置在控制单元20的外部。

在生成上述用于生成随机数的数据的同时，除了生成用于随机数的数据的质量数据之外，控制单元20的比较验证单元24还监测从光输出单元11输出的光。比较验证单元24监测包括在监测结果信号S16中的光的波长与预先设置的光的波长之间的偏差，并且生成该波长的偏差的信息。比较验证单元24提取包括在监测结果信号S16中的光的功率的信息。比较验证单元24将光的波长和功率的偏差的信息发送到输出单元25。响应于CPU 200的请求，输出单元25将光的波长和功率的偏差的信息作为输出信号S100发送到CPU 200。

以基于从光输出单元11输出的光的噪声的周期的采样周期，根据本示例实施例的随机数生成电路100在采样单元32中对从光转换而成的电压信号进行采样。因为以“高”和“低”的检测比率变为1:1的方式设置采样时的参考电压，所以可以获取基于光噪声的具有高偶然性的随机数。

根据本示例实施例的随机数生成电路100将来自比较单元31的比较器的输出分离成两个部分，并且在反相单元33的反相器中将两个部分之一反相。对于这两个被分离的信号，根据本示例实施例的随机数生成电路100在采样单元32中对非反相信号和反相信号进行交替地采样。用这种方法进行采样会使采样信号的“高”和“低”之比更接近于1:1，从而改进随机数的质量。

根据本示例实施例的随机数生成电路100验证随机数的质量，并将验证结果和随机数所基于的光状态的信息输出到CPU 200。输出随机数质量的验证结果使CPU 200能够使用随机数来掌握随机数的质量和作为随机数的生成源的光输出单元11的健全性，并在诸如加密的处理中使用该质量和健全性。

在根据本示例实施例的随机数生成电路100中，可以通过线性反馈移位寄存器等对由比较验证单元24获取的随机数序列进行加扰。利用这种配置，可以进一步改善随机性，并且可以获取稳定质量的随机数。

如上所述，在没有使电路配置复杂化的情况下，根据本示例实施例的随机数生成电路100可以提供基于自然现象并且难以预测的随机数，以及随机数的质量的验证结果。

尽管已经参考本发明的示例实施例具体示出和描述本发明，但是本发明不限于这些实施例。本领域的普通技术人员将理解，在不脱离由权利要求书限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。

本申请基于并且要求于2017年11月28日提交的日本专利申请No.2017-228299的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

[参考标志列表]

1 光输出装置

2 光接收装置

3 电流/电压转换装置

4 比较装置

5 采样装置

6 输出装置

10 光学模块

11 光输出单元

12 光波长滤波器单元

13 光接收单元

14 监测光接收单元

15 温度调节单元

16 温度监测单元

20 控制单元

21 光输出控制单元

22 采样控制单元

23 温度控制单元

24 比较验证单元

25 输出单元

31 比较单元

32 采样单元

33 反相单元

34 电流/电压转换单元

35 A/D转换单元

100 随机数生成电路

200 CPU

S11 电流控制信号

S12 温度控制信号

S13 温度测量信号

S14 阈值电压信号

S15 电流信号

S16 监测结果信号

S17 采样周期信号

S18 比较结果信号

S19 采样结果信号

S20 反相信号

S21 电压信号

S22 数字转换信号

S100 输出信号

S200 请求信号

Claims (10)

1.一种随机数生成电路，包括：

光输出装置，所述光输出装置用于输出规定波长的光；

光接收装置，所述光接收装置用于接收光，并且将所述光转换成电流信号；

电流/电压转换装置，所述电流/电压转换装置用于将所述电流信号转换成电压信号；

比较装置，所述比较装置用于通过与参考电压比较来将所述电压信号转换成二进制信号；

采样装置，所述采样装置用于以基于所述光的噪声的频率而设置的周期，对由所述比较装置转换的所述二进制信号进行采样，并且将所采样的信号转换成位数据；以及

输出装置，所述输出装置用于输出位串数据，在所述位串数据中，按被转换的顺序排列所述位数据。

2.根据权利要求1所述的随机数生成电路，进一步包括：

分离装置，所述分离装置用于将由所述比较装置转换的所述二进制信号分离到第一路径和第二路径中；以及

反相装置，所述反相装置用于将所述第二路径中的所述二进制信号的电势反相，并且输出所反相的电势，其中

所述采样装置交替地对从所述第一路径输入的所述二进制信号和从所述第二路径反相并且输入的所述二进制信号进行采样。

3.根据权利要求1或2所述的随机数生成电路，进一步包括参考电压设置装置，所述参考电压设置装置用于基于由所述采样装置采样的所述位数据的二进制比率来设置所述参考电压。

4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的随机数生成电路，进一步包括监测装置，所述监测装置用于监测由所述采样装置采样的所述位数据是否被随机生成。

5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的随机数生成电路，进一步包括：

光监测装置，所述光监测装置用于监测由所述光输出装置输出的所述光；以及

控制装置，所述控制装置用于以使所述光的功率变为恒定的方式控制所述光输出装置。

6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的随机数生成电路，其中，基于外部请求，所述输出装置将所述位串的状态的信息作为随机数输出到请求源。

7.一种随机数生成系统，包括：

根据权利要求1至6中的任意一项所述的随机数生成电路；以及

操作处理装置，所述操作处理装置通过使用位串数据作为随机数来执行处理，其中

所述操作处理装置执行使用从所述随机数生成电路获取的所述位串数据作为随机数的处理。

8.一种随机数生成方法，包括：

输出规定波长的光；

接收光并且将所述光转换成电流信号；

将所述电流信号转换成电压信号；

通过与参考电压比较来将所述电压信号转换成二进制信号；

以基于所述光的噪声的频率而设置的周期，对转换的所述二进制信号进行采样，并且将所采样的信号转换成位数据；以及

输出位串数据，在所述位串数据中，按被转换的顺序排列所述位数据。

9.根据权利要求8所述的随机数生成方法，进一步包括：

将转换的所述二进制信号分离到第一路径和第二路径中；

将所述第二路径中的所述二进制信号的电势反相；以及

交替地对从所述第一路径输入的所述二进制信号和从所述第二路径反相和输入的所述二进制信号进行采样。

10.根据权利要求8或9所述的随机数生成方法，进一步包括基于采样的所述位数据的二进制比率来设置所述参考电压。

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