鲍鱼壳助力真随机数生成器：40Gbps高速率突破

鲍鱼壳助力真随机数生成器：40Gbps高速率突破

近日，中国科学院大连化学物理研究所的研究团队受到鲍鱼壳启发，开发出一种新型真随机数生成器。这种生成器利用鲍鱼壳内表面的类光栅沟槽结构，结合随机激光技术，实现了高达40Gbps的随机数生成速率。这项技术不仅提高了随机数的质量，还为信息安全领域的应用提供了新的可能。

鲍鱼壳，又称石决明，是一种常见的海洋生物外壳。其内表面具有独特的类光栅沟槽结构，这种结构在生物仿生设计中具有重要应用价值。研究团队正是从这种天然结构中获得灵感，将其应用于随机数生成器的设计中。

随机激光是一种特殊的激光，其输出模式具有随机性，是一种潜在的优质随机数物理熵源。与传统激光不同，随机激光不需要精确的光学谐振腔，而是利用随机分布的散射体来实现激光的放大和输出。

在本研究中，团队将复刻有鲍鱼壳内表面类光栅沟槽结构的聚二甲基硅氧烷作为散射衬底，结合罗丹明640染料作为增益介质，实现了单通道前向和后向相干随机激光的同时输出。这种结构在光谱和时序上表现出激烈的模式竞争，具备较强的随机性。

这种新型真随机数生成器具有以下优势：

1. 高速率：实现了单通道40Gbps的随机数生成速率，远超传统方法
2. 高质量：生成的随机数序列满足随机分布、独立性、无偏差等要求
3. 低成本：利用天然鲍鱼壳结构，简化了制造工艺
4. 高安全性：基于物理过程的真随机性，难以预测和破解

在信息安全领域，真随机数生成器具有广泛的应用前景。特别是在密码学中，真随机数用于生成加密密钥、会话令牌等安全参数，是确保信息安全的关键技术。此外，在量子通信、赌博和彩票、科研等领域，真随机数也发挥着重要作用。

这项研究是生物仿生学与光电子技术交叉融合的典范。它不仅展示了自然界中生物结构的精妙，还为解决实际工程问题提供了新的思路。未来，这种基于生物启发的创新设计有望在更多领域开花结果，推动科技的持续进步。