[發明專利]用于產生隨機位的設備和方法

有效

• 申請號: 201410339777.0
• 申請日: 2014-04-30
• 公開（公告）號: CN104133657B
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發明（設計）人: P·貝夫根;M·迪希特爾
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: G06F7/58
• 分類號: G06F7/58
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 臧永杰;劉春元

本發明涉及用于產生隨機位的設備和方法。用于產生隨機位的設備包括多個映射裝置，其中相應的映射裝置被設立用于把預先給定數目n個輸入信號借助組合映射映射成預先給定數目p個輸出信號，并且其中映射裝置彼此鏈接，并且至少一個組合映射被設立為使得相應映射裝置的輸入信號的狀態變化平均地被映射到相應映射裝置的多于一個的輸出信號上，其中不存在反饋回路，使得特定映射裝置的至少一個反饋輸出信號的狀態變化作為至少一個輸入信號的狀態變化被輸送給另一個映射裝置，使得所述特定映射裝置的一個或者多個輸出信號由反饋輸出信號的狀態變化影響。由此所述設備不必在作為數字電路的實現中連續地執行轉換過程，這限制了電流消耗。

技術領域

本發明涉及用于產生一個或者多個隨機位的設備和方法。例如產生作為二進制隨機數使用的隨機位序列。所建議的用于產生隨機位的設備和方法例如用于實現隨機數發生器。

背景技術

在安全相關應用中，例如在非對稱鑒權方法情況下，需要隨機位序列作為二進制隨機數。在此，希望尤其是在移動的應用情況下推行盡可能小的硬件耗費。已知的用于產生隨機數的措施例如是偽隨機數發生器、模擬的隨機源、環形振蕩器和其變體。

在偽隨機數發生器情況下使用種子，從所述種子出發計算確定性的偽隨機數。為產生種子，通常使用物理的隨機發生器。作為模擬的隨機源，放大并且數字化噪聲源，例如齊納二極管的噪聲。在此，數字電路技術與模擬電路技術的結合大多只能以耗費的方式實現。

在由奇數個串聯的反相器構建的環形振蕩器的情況下，隨機的抖動由信號通過這些反相器的波動的通過時間得出。這些抖動、亦即通過反相器發送的信號的狀態變化中的不規則的時間波動，在多次通過環形振蕩器電路的情況下可以被累積，使得最終形成隨機的模擬信號。在環形振蕩器的情況下不利的經常是從振蕩開始至由于抖動累積而形成可用的隨機信號為止需要的長時間。因此在環形振蕩器的情況下大多得出低的、不可接受的數據產生速率。此外可能的是，相加的抖動量值也自身再次消除，使得平均隨機的短的門運行時間由隨機的較長的門運行時間補償。

斐波那契(Fibonacci)環形振蕩器和伽羅瓦(Galois)環形振蕩器比傳統的環形振蕩器更快速地產生隨機信號形狀。然而采用不同的數字門，例如XOR和NOT門。由此尤其是當在ASIC上實現的情況下能夠得出門類型的大的速度差異。經常希望：借助FPGA(FieldProgrammable Gate Array(現場可編程門陣列))產生隨機位序列。然而周期性振蕩即使在這些數字部件的情況下例如由于周圍環境溫度波動也可能開始，這些周期性振蕩在信號中僅有小的熵或者隨機性。

此外，在隨機數發生器中的振蕩器電路情況下的能量消耗可以證明是不利的，因為在運行中電流必須持久地流動。

在數字電路中電流消耗基本上依賴于每時間(pro Zeit)轉換過程的數目。在對應的數字振蕩電路的情況下這必須持久地發生，使得在以環形振蕩器為基礎的隨機數發生器的情況下出現更可能不利的能量消耗。尤其是在移動應用的情況下值得期望的是，將以硬件方式實現的電路的能量消耗或者耗用電流保持得小。盡管如此應該出現統計上良好的物理隨機事件(Zufall)。

發明內容

因此本發明的任務在于，提供用于產生隨機位的改善的設備和/或方法。

因.此建議一種用于產生隨機位的設備，該設備包括：多個彼.此鏈接的映射裝置，其中相應的映射裝置被設立用于把預先給定數目n個輸入信號借助組合映射映射成預先給定數目p個輸出信號。至少一個組合映射被設立為使得把相應映射裝置的輸入信號的狀態變化平均地映射到該相應映射裝置的多于一個的輸出信號上。在此，不存在反饋回路，使得特定映射裝置的至少一個反饋輸出信號的狀態變化如此作為至少一個輸入信號的狀態變化被輸送給另一個映射裝置，使得所述特定映射裝置的一個或者多個輸出信號由反饋輸出信號的狀態變化影響。

優選地，所述映射裝置彼此鏈接為，使得不出現反饋。由此得出，所述設備不必在作為數字電路的實現中連續地執行轉換過程，這限制電流消耗。