通信安全在当今高度信息、化的社会中占据着重要的地位,受到人们极大的关注。在安全通信中,随机数作为密钥被广泛用于信息的加密与解密,同时随机数在蒙特卡罗仿真、数值计算等领域也有着普遍的应用。因此,在目前的信息社会中,随机数占据着不可或缺的一部分。随机数根据其产生机理可分为伪随机数与物理随机数。伪随机数采用一定的种子和算法生成,可以实现快速大量的产生。但是它是确定的且有周期性,一旦窃听者获取种子或算法,就很有可能破解所生成的伪随机数。因此,伪随机数并不是完全随机的,以它作为密钥难以保证信息的安全性。物理随机数基于自然界中的物理随机过程产生,它的不可预测与不可复制性从原理上保证了信息的绝对安全。传统物理随机数发生器多利用电阻热噪声、振荡器的频率抖动、混沌电路等来实现,但是这些熵源信号的带宽低,因而最终产生的真随机数速率一般在Mbit/s的量级,无法满足现代通信的需求。自2008年A.Uchida等人证实利用混沌激光可产生Gbit/s的高速物理随机数以来,大量基于类噪声、大幅度的宽带混沌激光产生随机数的方案陆续出现。与此同时,超辐射发光二级管发出的放大自发辐射噪声是另一得到广泛关注的宽带物理熵源。超辐射发光二级管具有宽光谱、高功率和较小的发散角等特性,其发出的光的自发辐射噪声源于量子机制,保证了真随机性,产生的随机数速率可达Gbit/s。本论文利用超辐射发光二极管发出的放大自发辐射噪声作为高速随机数的物理熵源,进行了相关研究,主要完成了下列具体研究工作：1.利用超辐射发光二极管产生的放大自发辐射噪声信号作为物理随机码发生器的物理熵源,通过锁存比较器及异或等处理后,最终可实时产生3Gbit/s的真随机码。与随机数不同,随机码具有真实波形,可以直接应用于通信网络中,并且产生的随机码通过了NIST的全部测试项。另外,该系统具有很好的鲁棒性以及可拓展性,能同时产生多路物理随机码,进一步提高码率,满足现代高速通信的需要。2.由于实验条件的限制,3Gbit/s的随机码发生器可产生更高速率的随机数。本文提出利用超辐射发光二极管和波分复用器,经光电转换,16位ADC反转异或的后续离线处理方式对采集的数据进行处理,最终可产生四路并行的640Gb/s高速物理随机数。对16位反转异或的后续处理方法进行了分析。这种方法可以使最终产生的随机数序列的离散概率分布更加均匀,使16位01码序列中每个有效位的偏置度更低。这样的后续处理可以使序列中的16个有效位都用于最后的随机数中,大大提高随机数的产生速率。3.对产生640Gb/s高速物理随机数的实验系统中的一些影响因素进行了分析及验证。两路不同中心波长的光噪声信号之间的延迟时间,以及示波器的采样率对于该系统产生随机数的随机性没有影响。利用可调谐滤波器,实验观察出超辐射发光二极管滤波后的两路光噪声信号中心波长最短间距为0.4nm,从而估测了这样的超辐射发光二极管可产生随机数的速率。