随机序列分为真随机序列和伪随机序列。两种序列都可以作为密码应用在加密领域,但伪随机序列由算法产生,再好的算法也会使伪随机序列具有周期性,往往不能保证密码系统的安全。真随机序列来源于真实的物理世界,能够实现真正的“一次一密”,是密码系统最可靠的来源。但真随机序列的产生需要物理过程的参与,相对较难,后续处理也比较复杂,所以其应用和发展也受到了一定程度的限制。产生真随机序列的方法有很多,大体上可以分为两类,一类是不依赖于数学模型的,如:电器设备的噪声,频率抖动,鼠标轨迹,单光子发射等。另一类是依赖于数学模型的,如光学系统产生的混沌。不依赖于数学模型的方法所产生的随机序列往往特点并不明显,而依赖于数学模型所产生的随机序列往往具备一些特点,例如混沌或超混沌特性。而这些具备混沌或超混沌特性的序列应用在加密系统往往更有优势。当前,光学系统产生的混沌或超混沌序列最适宜应用在加密领域。现有的实验为了得到稳定的系统输出,都采用全光学器件的方法。但全光器件的成本较高,实现较复杂,仅仅为了得到随机序列而采用全光系统,会加大前期实验的难度。所以,如果能够既应用光学系统的模型,同时又不使用光学器件产生真随机序列,就成为亟待解决的课题。本文采用物理方法产生真随机序列,模板为掺铒光纤激光器的动力学系统。针对本文工作,提出以下几个创新点:1、设计了模拟电路实现单环掺铒光纤激光器真随机序列输出。采用电阻、电容、运算放大器等器件按照动力学方程的要求,进行计算,最终实现其运算功能,为带有延迟项的其它不可实现数学模型提供了设计思路。2、通过增加一个延迟项,改进了单环掺铒光纤激光器系统,使系统更复杂,随机性更好,不可预测性更强,并成功输出超混沌序列。改造后的变形系统由于结构复杂,现阶段还只能产生伪随机序列。3、基于双环掺铒光纤激光器模型,设计了模拟电路,为高维超混沌系统的设计提供了思路。4、首次提出将真随机序列同奇偶树型机神经网络耦合产生供加密使用的密钥流。并将密钥流应用于图像加密,并取得较好效果。