(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光の周波数を弁別し、当該弁別後の光を検出し、当該検出結果を数値に変換して乱数を生成する物理乱数生成方法であって、前記検出される光は、前記弁別後の光をハーフミラーを用いて反射光と透過光とに分割することにより生ずる当該反射光であることを特徴とする物理乱数生成方法。
【請求項２】
前記弁別後の光を複数のハーフミラーを用いて反射光と透過光とに分割し、前記各ハーフミラーの反射光を複数の光検出器により検出し、前記各光検出器から出力される電気信号を複数のＡ／Ｄ変換器によりそれぞれタイミングをずらしながらディジタルデータに変換して前記乱数を生成することを特徴とする請求項１記載の物理乱数生成方法。
【請求項３】
特定周波数の光を吸収する光吸収物質を用いて前記レーザー光の周波数を弁別すると共に、前記光吸収物質に磁場又は電場を印加することで、その吸収線の特性を制御することを特徴とする請求項１記載の物理乱数生成方法。
【請求項４】
特定周波数の光を吸収する光吸収物質を用いて前記レーザー光の周波数を弁別すると共に、前記光吸収物質に磁場又は電場を印加することで、その吸収線の特性を制御することを特徴とする請求項２記載の物理乱数生成方法。
【請求項５】
前記レーザー光が周波数の異なる複数のレーザー光であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の物理乱数生成方法。
【請求項６】
レーザー光を照射するレーザー装置と、前記レーザー光の周波数を弁別する周波数弁別フィルタと、前記周波数弁別フィルタの透過光を検出する光検出器と、前記周波数弁別フィルタの透過光を反射光と透過光とに分割するハーフミラーと、前記光検出器の検出結果を数値に変換する数値変換器とを備え、前記光検出器が前記ハーフミラーの反射光を検出するよう構成されたことを特徴とする物理乱数生成装置。
【請求項７】
レーザー光を照射するレーザー装置と、前記レーザー光の周波数を弁別する周波数弁別フィルタと、前記周波数弁別フィルタの透過光を検出する光検出器と、前記光検出器の検出結果を数値に変換する数値変換器と、前記周波数弁別フィルタの透過光を反射光と透過光とに分割する複数のハーフミラーを備え、前記光検出器が前記各ハーフミラーの反射光を検出するよう複数構成されると共に、前記数値変換器が、前記各光検出器から出力される電気信号をディジタルデータに変換し、かつ当該Ａ／Ｄ変換のタイミングがそれぞれずれるように構成された複数のＡ／Ｄ変換器から構成されることを特徴とする物理乱数生成装置。
【請求項８】
前記周波数弁別フィルタが所定の周波数の光を吸収する光吸収物質から構成されると共に、当該周波数弁別フィルタに磁場又は電場を印加する磁場発生手段又は電場発生手段を備えたことを特徴とする請求項６記載の物理乱数生成装置。
【請求項９】
前記周波数弁別フィルタが所定の周波数の光を吸収する光吸収物質から構成されると共に、当該周波数弁別フィルタに磁場又は電場を印加する磁場発生手段又は電場発生手段を備えたことを特徴とする請求項７記載の物理乱数生成装置。
【請求項１０】
前記レーザー装置は、周波数の異なる複数のレーザー光を照射するものであることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１つに記載の物理乱数生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＩＴ技術での秘密保持に関する分野などに利用される物理乱数の生成方法及びこの方法を実現する物理乱数生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に開示されるように、自然界のランダム現象を利用して物理乱数を生成する物理乱数生成装置が知られている。一般的に、物理乱数生成装置の雑音源としては、電子回路の熱雑音等が利用されることが多い。物理乱数は、例えばＩＴ技術での秘密保持を目的とした暗号化処理など多くの分野で利用されている。
【特許文献１】特開２０００−２５９３９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来は雑音源として電子回路を用いていたので、ゆらぎ幅が小さくＡ／Ｄ変換器に入力しても少ない桁でしか安全な乱数が得られなかった。また、従来は電子回路を用いたＡ／Ｄ変換器を用いていたので、生成速度が１００Ｍbits／秒から１Ｇbits／分程度であった。本発明者は、電子回路を用いたＡ／Ｄ変換器の下位ビットを用いて高速乱数生成法の開発を行って来たが、乱数の生成速度は、雑音源のゆらぎの周波数とＡ／Ｄ変換器の変換速度に依存するので、１Ｇbits／分程度が限度である。【０００４】
しかし、高度の情報安全性を追求すると、１個の有効情報に対して数百個から数千個の暗号用乱数を必要とするので、膨大な暗号用乱数を高速に生成する必要がある。【０００５】
そこで本発明は上記問題点に鑑み、安全な乱数を高速に得ることが可能な物理乱数生成方法及び物理乱数生成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の物理乱数生成方法では、レーザー光の周波数を弁別し、当該弁別後の光を検出し、当該検出結果を数値に変換して乱数を生成することを特徴とする。【０００７】
また、本発明の物理乱数生成装置では、レーザー光を照射するレーザー装置と、前記レーザー光の周波数を弁別する周波数弁別フィルタと、前記周波数弁別フィルタの透過光を検出する光検出器と、前記光検出器の検出結果を数値に変換する数値変換器とを備えたことを特徴とする。【０００８】
このようにすると、周波数ゆらぎの大きいレーザー光から非常に高速な光の強度変動（強弱変動）が得られるので、当該光の検出結果には数ＧＨｚにおよぶ白色雑音が含まれ、この検出結果を数値変換することで高速度で乱数を生成することができる。【０００９】
本発明の物理乱数生成方法では、レーザー光の周波数を弁別し、ハーフミラーを用いて当該弁別後の光を反射光と透過光とに分割し、前記ハーフミラーの反射光を検出し、当該検出結果を数値に変換して乱数を生成することを特徴とする。【００１０】
また、本発明の物理乱数生成装置では、レーザー光を照射するレーザー装置と、前記レーザー光の周波数を弁別する周波数弁別フィルタと、前記周波数弁別フィルタの透過光を反射光と透過光とに分割するハーフミラーと、前記ハーフミラーの反射光を検出する光検出器と、前記光検出器の検出結果を数値に変換する数値変換器とを備えたことを特徴とする。【００１１】
このようにすると、変換速度が制限されるＡ／Ｄ変換器を用いなくてもよく、超高速度で乱数を生成できる。また、光学系のハーフミラーを用いて雑音源を分割しているので、電子回路に比べて、桁数の長い乱数を一度に生成できる。【００１２】
本発明の物理乱数生成方法では、レーザー光の周波数を弁別し、複数のハーフミラーを用いて当該弁別後の光を反射光と透過光とに分割し、前記各ハーフミラーの反射光を複数の光検出器により検出し、前記各光検出器から出力される電気信号を複数のＡ／Ｄ変換器によりそれぞれタイミングをずらしながらディジタルデータに変換して乱数を生成することを特徴とする。【００１３】
また、本発明の物理乱数生成装置方法では、レーザー光を照射するレーザー装置と、前記レーザー光の周波数を弁別する周波数弁別フィルタと、前記周波数弁別フィルタの透過光を反射光と透過光とに分割する複数のハーフミラーと、前記各ハーフミラーの反射光を検出する複数の光検出器と、前記各光検出器から出力される電気信号をディジタルデータに変換する複数のＡ／Ｄ変換器とを備え、前記各Ａ／Ｄ変換器は、当該Ａ／Ｄ変換のタイミングがそれぞれずれるように構成されたものであることを特徴とする。【００１４】
このようにすると、光学系のハーフミラーを用いて雑音源を分割しているので、電子回路に比べて、桁数の長い乱数を一度に生成できる。また、各Ａ／Ｄ変換器から取得されるディジタルデータの値をそれぞれ大きく異ならせることができ、暗号化処理に適した多量の乱数を得ることができる。【００１５】
本発明の物理乱数生成方法では、特定周波数の光を吸収する光吸収物質を用いて前記レーザー光の周波数を弁別すると共に、前記光吸収物質に磁場又は電場を印加することで、その吸収線の特性を制御することを特徴とする。【００１６】
また、本発明の物理乱数生成装置では、前記周波数弁別フィルタが所定の周波数の光を吸収する光吸収物質から構成されると共に、当該周波数弁別フィルタに磁場又は電場を印加する磁場発生手段又は電場発生手段を備えたことを特徴とする。【００１７】
このようにすると、光吸収物質に磁場又は電場を印加した際に周波数分布に変化が生じる現象を利用して乱数の性質を変化させることができ、その結果、統計的性質の異なる乱数が多く存在することで、当該乱数を暗号化処理に利用した場合には解読が難しくなる。【００１８】
本発明の物理乱数生成方法では、前記レーザー光が周波数の異なる複数のレーザー光であることを特徴とする。【００１９】
また、本発明の物理乱数生成装置では、前記レーザー装置は、周波数の異なる複数のレーザー光を照射するものであることを特徴とする。【００２０】
このようにすると、周波数の異なる複数のレーザー装置を用いると吸収線の特性の入射光依存性が軽減し、透過光強度の変化の特性に生じる差を抑制できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、安全な乱数を高速に得ることが可能な物理乱数生成方法及び物理乱数生成装置を提供することができる。【００２２】
また、本発明によると、超高速で桁数の長い乱数を一度に生成することが可能な物理乱数生成方法及び物理乱数生成装置を提供することができる。【００２３】
また、本発明によると、超高速で桁数の長い乱数を一度に多量に生成することが可能な物理乱数生成方法及び物理乱数生成装置を提供することができる。【００２４】
また、本発明によると、暗号化に適したより安全な乱数を生成することができる。【００２５】
また、本発明によると、２進乱数の性質に悪影響を与える透過光強度の変化の特性に生じる差を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、添付図面を参照しながら、本発明における物理乱数生成方法及び物理乱数生成装置の好ましい各実施例を説明する。なお、各実施例で共通する部分の説明は重複するため極力省略する。【００２７】
本発明の特徴は、主に次の２点である。１）雑音源としてレーザー光の中で最も雑音の大きな半導体レーザー光を主として用いるので、ゆらぎが大きく周波数安定度が悪く、１ＧＨｚ以上の帯域幅の白色雑音を得ることができ、これをＡ／Ｄ変換器で変換すると、多くの桁（ほとんど全ての桁）から安全な暗号用乱数が得られる。２）電子回路のＡ／Ｄ変換器の最高動作周波数より遥かに高い周波数の光を用いて分割動作をしているので動作が速く、尚且つレーザーの周波数はゆらぎが大きく不安定なので、超高速でデータを取得しても、安全な暗号用乱数としての性質は失われない。
【実施例１】
【００２８】
本発明における物理乱数生成装置の第１実施例に関する基本構成を図１に示す。本第１実施例の物理乱数生成装置は、雑音源としてのレーザー光Ｌ１を照射するレーザー装置１と、レーザー装置１から照射されたレーザー光Ｌ１の周波数を弁別する周波数弁別フィルタ２と、周波数弁別フィルタ２で弁別された所定周波数帯域の透過光Ｌ２の強度を電気信号に変換する光検出器13と、光検出器13から当該検出結果として出力されるアナログ信号をディジタルデータに変換する数値変換器に相当するＡ／Ｄ変換器30とから構成され、最終的にはここで得られたディジタルデータは例えばパーソナルコンピュータなどの情報処理装置に相当するＰＣ31へ入力され、乱数データとして各種の暗号化処理に利用されることとなる。Ａ／Ｄ変換器30は、ｏｎ，ｏｆｆの判別のみをする検出素子であれば超高速の動作が可能である。Ａ／Ｄ変換器30が複数桁を有する場合、ある特定の桁一桁を用いてもよいが、複数桁を有するので、その各桁に現れた情報を乱数データとして利用すればより多数の乱数データが得られる。【００２９】
本発明では雑音源としてレーザー光Ｌ１を用いているが、一般的に半導体レーザーでは「レーザー光の周波数ゆらぎ」（周波数雑音）が顕著に観測される特性があることから、レーザー装置１は半導体レーザーとするのが好ましい。もちろん、「レーザー光の周波数ゆらぎ」の大きいレーザーであれば、例えばガスレーザーなどあらゆるレーザーを雑音源として用いることができる。【００３０】
周波数弁別フィルタ２は、例えばセシウムやルビジウムなど特定周波数のレーザー光を吸収する性質を有する光吸収物質を封入したセルからなる。また、周波数弁別フィルタ２として、例えば光干渉フィルタやファブリーペローフィルタなどの各種光フィルタを用いることもできる。【００３１】
以下、上記構成による作用について物理乱数生成の手順と共に説明する。【００３２】
まず、レーザー装置１から照射されたレーザー光Ｌ１を周波数弁別フィルタ２に通す。周波数ゆらぎの大きいレーザー光Ｌ１を周波数弁別フィルタ２に通すと、そこからの透過光Ｌ２の強さはレーザー光Ｌ１の周波数のゆらぎに対応して強弱に変化する。周波数弁別フィルタ２においては、例えばセシウムやルビジウムなどの原子の光吸収周波数付近でレーザー光Ｌ１の周波数がゆらいでいると、レーザー光Ｌ１が吸収される場合と吸収されない場合とが高速でスイッチングされる。これが周波数弁別フィルタ２の透過光Ｌ２となり、この透過光Ｌ２の強弱が高速で変化することになる。すなわち、周波数弁別フィルタ２は、レーザー光Ｌ１の周波数ゆらぎから透過光Ｌ２の光強度ゆらぎへ変換する光パラメータ変換手段としての作用を有している。なお、例えば光干渉フィルタやファブリーペローフィルタなどを用いた場合は、このような光フィルタは一般的にレーザー光の周波数変化に対応して透過光の強さが変化するので、やはり周波数弁別フィルタ２を透過する透過光Ｌ２の強弱が高速で変化することになる。【００３３】
次に、この透過光Ｌ２の強さを高速の光検出器13で例えば電圧などの電気信号に変換する。ｏｎ，ｏｆｆ動作をするｏｎ・ｏｆｆ検出器32を用いれば、その出力がそのまま２進出力となる。Ａ／Ｄ変換器30を用いて２進乱数に変換することもできる。このとき、Ａ／Ｄ変換器30の２進出力端子に現れる結果がそのまま２進乱数となる。そして、この２進乱数データがＰＣ31に取り込まれる。なお、Ａ／Ｄ変換器30から出力される２進乱数データの或る桁に着目して時系列的に出てくる“０”，“１”を用いて乱数を作ることもできる。同様に、２進乱数データの各桁に着目して乱数を生成することができる。このやり方の方が上位ビットが統計学的検定に通らない場合でも下位ビットを用いて乱数を生成することができ、効率的である。【００３４】
本第１実施例の物理乱数生成装置では、レーザー装置１を用いて周波数ゆらぎの大きいレーザー光Ｌ１を周波数弁別フィルタ２を通すことにより非常に高速な透過光Ｌ２の強度変動が得られるので、光検出器13で得られた電圧には数ＧＨｚにおよぶ白色雑音が含まれ、ｏｎ・ｏｆｆ検出器32を用いれば超高速で乱数が生成できる。また、Ａ／Ｄ変換器30によりＡ／Ｄ変換することで高速度で乱数を生成することができる。【００３５】
以上のように本第１実施例の物理乱数生成方法では、レーザー光Ｌ１の周波数を弁別し、当該弁別後の透過光Ｌ２を検出し、当該検出結果を数値に変換して乱数を生成することを特徴とする。【００３６】
また、本第１実施例の物理乱数生成装置では、レーザー光Ｌ１を照射するレーザー装置１と、レーザー光Ｌ１の周波数を弁別する周波数弁別フィルタ２と、周波数弁別フィルタ２の透過光Ｌ２を検出する光検出器13と、光検出器13の検出結果を数値に変換する数値変換器に相当するｏｎ・ｏｆｆ検出器32又はＡ／Ｄ変換器30とを備えたことを特徴とする。【００３７】
このようにすると、周波数ゆらぎの大きいレーザー光Ｌ１から非常に高速な透過光Ｌ２の強弱変動が得られるので、当該透過光Ｌ２の検出結果には数ＧＨｚにおよぶ白色雑音が含まれ、この検出結果を数値変換することで高速度で乱数を生成することができる。従って、安全な乱数を高速に得ることが可能な物理乱数生成方法及び物理乱数生成装置を提供するができる。
【実施例２】
【００３８】
本発明における物理乱数生成装置の第２実施例に関する基本構成を図２に示す。本第１実施例の物理乱数生成装置は、レーザー装置１と、周波数弁別フィルタ２と、後述する検出機構10とから構成されている。最終的には検出機構10で得られたディジタルデータは例えばパーソナルコンピュータなどの情報処理装置に、乱数データとして各種の暗号化処理に利用されることとなる。【００３９】
ここで検出機構10の構成について詳述する。検出機構10は、複数のハーフミラー３と、複数の光検出器13と、光検出器13の検出結果の大小関係から２進数の“０”又は“１”を判別する例えばコンパレータなどからなる数値変換器に相当する判別器５とを備えている。ハーフミラー３は、反射光と透過光とを１対１に分割する作用を持つハーフミラー３ａ，３ｂ，…を複数並設したものである。検出機構10には、ハーフミラー３ａ，３ｂ，…と一対となるように光検出器13ａ，13ｂ，…が設けられ、透過光が減衰して光検出器13が動作しなくなるまで当該一対の構成が繰り返し設けられている。またコンパレータの代りにＡ／Ｄ変換器を用いることもできる。【００４０】
以下、上記構成による作用について物理乱数生成の手順と共に説明する。【００４１】
レーザー装置１よりのレーザー光Ｌ１を周波数弁別フィルタ２を通す。光の強弱が高速で変化するまでの説明は、図１で示した第１実施例と同じである。本第２実施例では、その後段に検出機構10を接続し、周波数弁別フィルタ２からの透過光Ｌ２を検出機構10のハーフミラー３ａに通す。ハーフミラー３ａでは透過光Ｌ２の半分が反射されて光検出器13ａに到達し、残りの半分は次のハーフミラー３ｂに到達する。ハーフミラー３ｂで反射された光は光検出器13ｂに到達する。この構成を光が減衰し光検出器13が動作しなくなるまで続ける。光検出器13からの信号は予め定められたレベル（閾値）を超えれば２進数の“１”に対応させる一方、超えなければ“０”に対応させるｏｎ，ｏｆｆ動作をする。【００４２】
現在の技術では周波数弁別フィルタ２を通過した透過光Ｌ２は１００ｍＷにすることは容易であり、光検出器13は１００ｎＷまで検出可能であるから、この場合、１９個のハーフミラーを用い、２０桁の２進乱数を得ることができる。これを１０ＧＨｚの高速で実行することができる。【００４３】
勿論、或る桁に着目して、ある時間（例えば１ｎｓ）で時系列的に出てくる“０”，“１”を用いて乱数列を作ることもできる。各桁に着目して乱数を生成すれば一度に桁数分の乱数列ができる。このやり方の方が上位ビットが統計学的検定に通らない場合でも下位ビットを用いて乱数を生成することができ、効率的である。【００４４】
本第２実施例では、変換速度が制限されるＡ／Ｄ変換器30を用いないので、超高速度で乱数を生成できる。また、光学系を用いているので、電子回路に比べて、桁数の長い乱数を一度に生成できる。【００４５】
本第２実施例の変形例として、図３に示すように、図２に示す構成において判別器５の代りにＡ／Ｄ変換器30を用いることもできる。この場合、例えば各Ａ／Ｄ変換器30のサンプリング周波数を相異なる値に設定したり、光検出器13とＡ／Ｄ変換器30との間に、光検出器13からの信号の伝達を遅らせる遅延回路を挿入するなどして、光検出器13からの信号をサンプリング（データ採取）するタイミングを各Ａ／Ｄ変換器30でずらすよう構成する。各Ａ／Ｄ変換器30のサンプリングタイミングを非同期とすることにより、各Ａ／Ｄ変換器30から取得されるディジタルデータの値をそれぞれ大きく異ならせることができ、暗号化処理に適した多量の乱数を得ることができる。【００４６】
以上のように本第２実施例の物理乱数生成方法では、レーザー光Ｌ１の周波数を弁別し、複数のハーフミラー３を用いて当該弁別後の透過光Ｌ２を反射光と透過光とに分割し、ハーフミラー３の反射光を検出し、当該検出結果を数値に変換して乱数を生成することを特徴とする。【００４７】
また、本第２実施例の物理乱数生成装置では、レーザー光Ｌ１を照射するレーザー装置１と、レーザー光Ｌ１の周波数を弁別する周波数弁別フィルタ２と、周波数弁別フィルタ２の透過光Ｌ２を反射光と透過光とに分割するハーフミラー３と、ハーフミラー３の反射光を検出する光検出器13と、光検出器13の検出結果を数値に変換する数値変換器に相当する判別器５とを備えたことを特徴とする。【００４８】
このようにすると、変換速度が制限されるＡ／Ｄ変換器30を用いなくてもよく、超高速度で乱数を生成できる。また、光学系のハーフミラーを用いて雑音源を分割しているので、電子回路に比べて、桁数の長い乱数を一度に生成できる。以上より、超高速で桁数の長い乱数を一度に生成することが可能な物理乱数生成方法及び物理乱数生成装置を提供するができる。【００４９】
本第２実施例の変形例における物理乱数生成方法では、レーザー光Ｌ１の周波数を弁別し、複数のハーフミラー３を用いて当該弁別後の透過光Ｌ２を反射光と透過光とに分割し、各ハーフミラー３の反射光を複数の光検出器13により検出し、各光検出器13から出力される電気信号を複数のＡ／Ｄ変換器30によりそれぞれタイミングをずらしながらディジタルデータに変換して乱数を生成することを特徴とする。【００５０】
また、本第２実施例の変形例における物理乱数生成装置方法では、レーザー光Ｌ１を照射するレーザー装置１と、レーザー光Ｌ１の周波数を弁別する周波数弁別フィルタ２と、周波数弁別フィルタ２の透過光Ｌ２を反射光と透過光とに分割する複数のハーフミラー３と、各ハーフミラー３の反射光を検出する複数の光検出器13と、各光検出器13から出力される電気信号をディジタルデータに変換する複数のＡ／Ｄ変換器30とを備え、各Ａ／Ｄ変換器30は、当該Ａ／Ｄ変換のタイミングがそれぞれずれるように構成されたものであることを特徴とする。【００５１】
このようにすると、光学系のハーフミラー３を用いて雑音源を分割しているので、電子回路に比べて、桁数の長い乱数を一度に生成できる。また、各Ａ／Ｄ変換器30から取得されるディジタルデータの値をそれぞれ大きく異ならせることができ、暗号化処理に適した多量の乱数を得ることができる。以上より、超高速で桁数の長い乱数を一度に多量に生成することが可能な物理乱数生成方法及び物理乱数生成装置を提供することができる。【００５２】
なお、光検出器13のあとに増幅器を入れてから判別器５に接続することができる。もし、判別器５の代りに複数のＡ／Ｄ変換器30を用いれば、Ａ／Ｄ変換器の桁数が多いので結果的に多量の乱数が得られる。
【実施例３】
【００５３】
本発明における物理乱数生成装置の第３実施例に関する基本構成を図４に示す。本第３実施例の物理乱数生成装置は、レーザー装置１と、レーザー装置１から照射されたレーザー光Ｌ１の周波数を弁別する周波数弁別フィルタに相当するセル20と、検出機構10とから構成されている。本第３実施例では、周波数弁別フィルタとして例えばセシウムやルビジウムなどを封入したセル20を用い、その後段に検出機構10を用いて乱数を生成する。検出機構10は図２に示したものと同様の構成のものである。そして、検出機構10で得られたディジタルデータは例えばパーソナルコンピュータなどの情報処理装置に、乱数データとして各種の暗号化処理に利用されることとなる。【００５４】
上記構成による作用に関して、光の強弱が高速で変化するまでの説明は、第１実施例と同じである。また、検出機構10による光検出に関しては第２実施例と同じである。【００５５】
本第３実施例では、セシウムやルビジウムなどを封入したセル20の吸収周波数付近のゆらぎ周波数を持つレーザー光を用いると、非常に急峻な光の強弱が得られ、高速乱数生成が可能である。
【実施例４】
【００５６】
本発明における物理乱数生成装置の第４実施例に関する基本構成を図５に示す。図５では、図４に示した構成に加え、セル20に外部から磁場Ｍ（又は電場でもよい）を印加している。セシウムやルビジウムなどを封入したセル20に外部から例えば磁場Ｍや電場を印加することで透過光Ｌ２の周波数分布が変化する。この現象はゼーマンスペクトルとして知られているが、本第４実施例では、この透過光Ｌ２の周波数分布の変化を用いて２進乱数の性質を変化させることができる。その結果、統計的性質の異なる乱数が多く存在することで、当該乱数を暗号化処理に利用した場合には解読が難しくなる。【００５７】
以上のように本第４実施例の物理乱数生成方法では、特定周波数の光を吸収する光吸収物質を封入したセル20を用いてレーザー光Ｌ１の周波数を弁別すると共に、セル20に磁場又は電場を印加することで、その吸収線の特性を制御することを特徴とする。【００５８】
また、本第４実施例の物理乱数生成装置では、周波数弁別フィルタが所定の周波数の光を吸収する光吸収物質を封入したセル20から構成されると共に、当該周波数弁別フィルタとしてのセル20に磁場又は電場を印加する磁場発生手段又は電場発生手段を備えたことを特徴とする。【００５９】
このようにすると、セル20に封入された光吸収物質に磁場又は電場を印加した際に周波数分布に変化が生じる現象を利用して乱数の性質を変化させることができ、その結果、統計的性質の異なる乱数が多く存在することで、当該乱数を暗号化処理に利用した場合には解読が難しくなる。従って、暗号化に適したより安全な乱数を生成することができる。
【実施例５】
【００６０】
本発明における物理乱数生成装置の第５実施例に関する基本構成を図６に示す。図６では、図４又は図５に示した構成に加え、レーザー装置１の他に周波数の異なるレーザー装置22を追加してセル20を光励振し、透過光Ｌ２の性質を制御している。ゆらぎ特性の異なる２個（或いはそれ以上）のレーザーを組合せることでより複雑な周波数変動が起り、より高速な乱数生成が可能となる。レーザー装置１のみでは周波数弁別フィルタとしてセル20を用いた場合に、吸収線の特性が入射光により変化することがある。その結果、レーザー光Ｌ１を入射した直後と少し時間が経過した時点とでの、透過光Ｌ２の強度の変化の特性に差が生じる可能性があり、この差が２進乱数の性質に悪影響を与える場合がある。これを避けるために、周波数の異なるもう一つのレーザー装置22を追加すると吸収線の特性の入射光依存性を軽減し、透過光強度の変化の特性に生じる差を抑制できる。この周波数分布の方が統計的乱数検定をパスし易い。【００６１】
以上のように本第５実施例の物理乱数生成方法では、雑音源としてのレーザー光が周波数の異なる複数のレーザー光Ｌ１，Ｌ３であることを特徴とする。【００６２】
また、本第５実施例の物理乱数生成装置では、レーザー装置１，22は、周波数の異なる複数のレーザー光Ｌ１，Ｌ３を照射するものであることを特徴とする。【００６３】
このようにすると、周波数の異なる複数のレーザー装置１，22を用いると、より高速な乱数生成が可能となり、かつ吸収線の特性の入射光依存性が軽減し、透過光強度の変化の特性に生じる差を抑制できる。従って、２進乱数の性質に悪影響を与える透過光強度の変化の特性に生じる差を抑制できる。【００６４】
なお、本発明は、上記各実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。本発明の物理乱数生成方法及び物理乱数生成装置で得られた２進乱数に関しては、例えばそれらを組合わせたり、演算したりするなどして最終的な乱数データを生成するよう構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１実施例における物理乱数生成装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２実施例における物理乱数生成装置の構成を示すブロック図である。
【図３】同上、物理乱数生成装置の変形例を示すブロック図である。
【図４】本発明の第３実施例における物理乱数生成装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第４実施例における物理乱数生成装置の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第５実施例における物理乱数生成装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６６】
１  レーザー装置
２  周波数弁別フィルタ
３  ハーフミラー
５  判別器（数値変換器）
13  光検出器
20  セル（光吸収物質）
22  レーザー装置
30  Ａ／Ｄ変換器（数値変換器）
32  ｏｎ・ｏｆｆ検出器（数値変換器）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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