[發明專利]一種基于數字電路的真隨機數發生器

有效

• 申請號: 201510969301.X
• 申請日: 2015-12-22
• 公開（公告）號: CN105426159B
• 公開（公告）日: 2018-12-25
• 發明（設計）人: 劉紅明;周玉潔;王大永
• 申請（專利權）人: 上海愛信諾航芯電子科技有限公司
• 主分類號: G06F7/58
• 分類號: G06F7/58
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 徐雯瓊

本發明公開了一種基于數字電路的真隨機數發生器，包含：隨機數源產生模塊，用于產生具有隨機特性的數字信號；后處理模塊，用于對具有隨機特性的數字信號進行算法處理，并進行檢測后以產生真隨機數信號；后處理模塊包含依次連接的第一異或門電路、線性反饋移位寄存器、檢測電路及FIFO存儲器；第一異或門電路的輸入信號為具有隨機特性的數字信號；線性反饋移位寄存器的輸入信號為具有隨機特性的數字信號與線性反饋移位寄存器的反饋信號經第一異或門電路異或后的信號；檢測電路采用預設檢測算法檢測具有隨機特性的數字信號，以產生真隨機數數據，并將真隨機數數據存儲至FIFO存儲器。本發明電路結構簡單，成本低，適用性強。

技術領域

本發明涉及數字集成電路技術領域，具體涉及一種基于數字電路的真隨機數發生器。

背景技術

隨著信息技術的發展與應用，網上交易如電子商務、電子政務以及網上銀行也變得越來越普遍，其安全問題也越來越受到人們的重視。為了提高網上交易的安全性，普遍采用的方式是使用相關密碼算法保證數據的真實性和完整性，最常使用的密碼算法就是分組密碼算法和公鑰密碼算法。這些算法都是需要使用密鑰，為了保證密鑰的安全性，一般都是使用真隨機數作為密鑰。因為真隨機數發生器的不可預測性可以符合密鑰的安全性。

隨機數有兩種生成方式，一種為偽隨機數生成方式，一種為真隨機數生成方式。其中偽隨機數一般是使用某種固定算法生成，只是初始種子可以自己設置，那么缺點也是顯而易見，攻擊者可以通過大量測試來猜測出偽隨機數生成算法。而真隨機數一般使用隨機的物理過程（比如電路的熱噪聲，環境噪聲，放射性衰變等）作為隨機源再加上數字后處理過程生成。這樣產生的隨機數是具有不可預測性，沒有規律性可言，因此攻擊者無法通過大量數據分析猜測出下一個數據是多少。

目前，真隨機數發生器在電路設計中常見的實現方法有三種：振蕩采樣法、離散時間混沌實現法、直接放大熱噪聲法。其中振蕩采樣法利用振蕩器的相位抖動和噪聲作為隨機源，相位抖動由電路中的亞穩態產生，相位噪聲由電路中的熱噪聲產生。由于振蕩采樣法實現電路結構簡單，產生的隨機數質量還行，所以使用最廣泛。但是隨著隨機數檢測要求的提高，原有的振蕩采樣法產生的隨機數已漸漸不能滿足檢測要求。為了提高隨機數的質量，目前主要是從兩個方面進行改進，一是提高隨機源的熵值，降低低頻時鐘或者提高高頻時鐘，前者會降低隨機數的產生速率，后者則會增加電路面積，二是增加數字后處理的復雜度，比如采樣雜湊算法作為后處理。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于數字電路的真隨機數發生器，電路結構簡單，成本低，適用性強。

為了達到上述目的，本發明通過以下技術方案實現：一種基于數字電路的真隨機數發生器，其特點是，包含：

隨機數源產生模塊，用于產生具有隨機特性的數字信號；

后處理模塊，與所述隨機數源產生模塊連接，用于對具有隨機特性的數字信號進行算法處理，并進行檢測后以產生真隨機數信號；其中

所述的后處理模塊包含依次連接的第一異或門電路、線性反饋移位寄存器、檢測電路及FIFO存儲器；

所述第一異或門電路的輸入信號為隨機數源產生模塊輸出的具有隨機特性的數字信號；

所述線性反饋移位寄存器的輸入信號為具有隨機特性的數字信號與線性反饋移位寄存器的反饋信號經第一異或門電路異或后的信號；

所述檢測電路采用預設檢測算法對線性反饋移位寄存器的輸出數據進行檢測，以產生真隨機數數據，并將真隨機數數據存儲至FIFO存儲器；

所述FIFO存儲器的輸出端被配置為真隨機數發生器的真隨機數信號輸出端。

所述的隨機數源產生模塊包含：高頻信號源、低頻信號源及采樣電路；

所述采樣電路的輸入信號為高頻信號源輸出的高頻信號及低頻信號源輸出的低頻信號；