[發明專利]一種基于閃存產生滿熵隨機數的方法和裝置

有效

• 申請號: 201510026059.2
• 申請日: 2015-01-19
• 公開（公告）號: CN104615407B
• 公開（公告）日: 2017-10-10
• 發明（設計）人: 夏魯寧;賈世杰;馬原;王雷;張瓊露
• 申請（專利權）人: 中國科學院信息工程研究所
• 主分類號: G06F7/58
• 分類號: G06F7/58
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理事務所(普通合伙)11200
• 代理人: 余長江

1.一種基于閃存產生滿熵隨機數的方法，其特征在于，采用閃存芯片自身的物理特性作為隨機源，改變對特定存儲單元編程或擦除操作時的時間與位置參數，從而對存儲單元產生隨機性的擾動，然后從閃存芯片中提取滿熵隨機數；

所述閃存芯片為Nand Flash芯片時，利用部分編程法、部分擦除法或者重復編程法從Nand Flash中提取滿熵隨機數；

所述部分編程法包括：首先確定每次部分編程的時間T，然后對Nand Flash的1塊進行擦除操作，使該塊內所有頁存儲的信息均變為邏輯“1”，A頁是此塊內的一頁，對A頁進行多次部分編程，每次持續時間T，每次部分編程結束后，讀A頁所有存儲單元的內容，判斷存儲單元是否發生位翻轉，若某存儲單元發生位翻轉，則記錄此時對A頁進行的部分編程數；當A頁的99％的存儲單元發生位翻轉時，將A頁的各個存儲單元發生位翻轉現象時，對應的對A頁的部分編程數依次組合起來組成一串數據，并將數據輸出；由于對Nand Flash相同頁提取的不同組隨機數具有很大的相關性，為保證隨機數的熵值，對提取的數據進行處理，對數據進行異或運算或求模運算，將處理后的數據作為隨機數輸出；對相同頁進行多組部分編程操作提取隨機數，計算多組隨機數的信息熵，信息熵的穩定值與每組隨機數的大小相同，說明每組隨機數都是滿熵的；

所述部分擦除法包括：首先確定每次部分擦除的時間T，然后對Nand Flash的1塊進行擦除操作，使該塊內所有頁存儲的信息均變為邏輯“1”，A頁是此塊內的一頁，對A頁進行編程操作，將A頁內的所有存儲單元變為“0”，接下來對此塊進行多次部分擦除操作，每次持續時間T，每次部分擦除結束后，讀A頁所有存儲單元的內容，判斷存儲單元是否發生位翻轉，若某存儲單元發生位翻轉，則記錄此時對此塊進行的部分擦除數；當A頁的99％的存儲單元發生位翻轉時，將A頁的各個存儲單元發生位翻轉現象時，對應的對此塊的部分擦除數依次組合起來組成一串數據，并將數據輸出；由于對Nand Flash相同塊和頁提取的不同組隨機數具有很大的相關性，為保證隨機數的熵值，對提取的數據進行處理，對數據進行異或運算或求模運算，將處理后的數據作為隨機數輸出；對相同塊和頁進行多組部分擦除操作提取隨機數，計算多組隨機數的信息熵，信息熵的穩定值與每組隨機數的大小相同，說明每組隨機數都是滿熵的；

所述重復編程法包括：首先對Nand Flash的1塊進行擦除操作，使該塊內所有頁存儲的信息均變為邏輯“1”，A頁和B頁是此塊內的物理上相鄰的兩頁；然后對該塊內的A頁進行重復編程操作，每次對A頁編程操作之后，對B頁進行讀操作，觀察B頁上的各存儲單元的是否發生了位翻轉現象，若B頁上的某存儲單元發生了位翻轉現象，記錄此時對A頁的編程次數；若對A頁若干次編程操作后，B頁上的某存儲單元未發生位翻轉，則記編程次數為0；當B頁的99％的存儲單元發生位翻轉時，將B頁的各個存儲單元發生位翻轉現象時，對應的A頁的重復編程數依次組合起來組成一串數據，并將數據輸出；由于對Nand Flash相同兩頁提取的不同組隨機數具有很大的相關性，為保證隨機數的熵值，對提取的數據進行處理，可采取對數據進行異或運算或求模運算，將處理后的數據作為隨機數輸出；對相同兩頁進行多組重復編程操作提取隨機數，計算多組隨機數的信息熵，信息熵的穩定值與每組隨機數的大小相同，說明每組隨機數都是滿熵的；

所述閃存芯片為Nor Flash芯片時，采用部分擦除法從Nor Flash芯片中提取滿熵隨機數，其方法為：首先確定每次部分擦除的時間T，然后對Nor Flash的1塊進行擦除操作，使該塊內所有存儲單元的信息均變為邏輯“1”，再對此塊進行編程操作，使該塊內所有存儲單元的信息均變為邏輯“0”，接下來對此塊進行多次部分擦除操作，每次持續時間T，每次部分擦除結束后，讀該塊內所有存儲單元的內容，判斷存儲單元是否發生位翻轉，若某存儲單元發生位翻轉，則記錄此時對此塊進行的部分擦除數；當此塊的99％的存儲單元發生位翻轉時，將各個存儲單元發生位翻轉現象時，對應的對此塊的部分擦除數依次組合起來組成一串數據，并將數據輸出；由于對Nor Flash相同塊提取的不同組隨機數具有很大的相關性，為保證隨機數的熵值，對提取的數據進行處理，對數據進行異或運算或求模運算，將處理后的數據作為隨機數輸出；對相同塊進行多組部分擦除操作提取隨機數，計算多組隨機數的信息熵，信息熵的穩定值與每組隨機數的大小相同，說明每組隨機數都是滿熵的。