[其他]自定時隨機數生成器

有效

• 申請號: 201590001101.9
• 申請日: 2015-11-12
• 公開（公告）號: CN207216600U
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: S·C·貝斯特
• 申請（專利權）人: 密碼研究公司
• 主分類號: G06F7/58
• 分類號: G06F7/58
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所11256
• 代理人: 酆迅

技術領域

本公開的實施例總體涉及集成電路。具體地，本公開涉及一種自定時隨機數生成器。

背景技術

各種應用利用隨機數生成器(RNG)來生成缺少任何可預測模式的數字序列。存在多種隨機應用，并且存在幾種用于生成隨機數據的不同方法。應當注意的是，存在幾種用于隨機數生成的計算方法，但是許多方法缺乏“真實”隨機性。相反，這些方法可能會在獲得不同程度的成功的情況下滿足旨在衡量其結果的不可預測性的程度的隨機性的一些統計測試。也即，它們的模式在何種程度上是可辨別的。不確定性通常以“熵”來量化，這是信息內容不可預測性的標準度量。

偽隨機數生成器(PRNG)(也稱為確定性隨機比特生成器 (DRBG))是用于生成數字序列的算法，該數字序列特性近似于隨機數序列的特性。PRNG生成的序列并非真正隨機的，因為它完全由一組相對小的初始值確定，稱為PRNG的種子(可能包括真正的隨機值)。盡管可使用專門的硬件(例如基于量子力學效應的硬件)來生成更接近于真正隨機的序列，然而偽隨機數生成器在實踐中就其數字生成的速度及其在低成本計算中實現的實用性而言是重要的。密碼系統需要良好的隨機源，例如以用于密鑰生成或加密挑戰。存在基于加密安全計算的隨機數生成方法，例如基于Yarrow算法和Fortuna (PRNG)等的方法。強加密的PRNG可能會以多個獨立的不確定性源作為種子，這些獨立的不確定性源中的一些可能在攻擊者的控制之下。良好的種子源可為真實隨機數生成器(TRNG)，其與某種已知的隨機物理現象(例如偏移、熱噪聲、相位噪聲等)相關聯。來自混亂(與隨機相反)生成器的數字序列與PRNG類似，因為它是確定性的、基于規則的，并且可預測地從初始狀態演變。

實用新型內容

為了解決現有技術的問題，本公開提出可實現具有良好熵性能、低功耗、適于VLSI集成的混沌生成器的集成電路。

根據本公開的一個方面，提出一種集成電路，包括多個混沌模式生成器CG，被布置成循環序列，其中所述多個CG是用于生成隨機數字值的自定時數字CG，其中所述多個CG中的第一CG被耦合到所述多個CG中的、在所述循環序列中在前的第二CG以及所述多個 CG中的、在所述循環序列中在后的第三CG，其中所述第一CG包括異步數字邏輯電路，所述異步數字邏輯電路包括：第一輸出；第一輸入；第二輸入；以及第三輸入，其中所述第一輸入被耦合到所述第一輸出并且表示所述第一CG的第一狀態Q1，所述第二輸入被耦合到所述第二CG的第二輸出并且表示所述第二CG的第二狀態Q0，并且所述第三輸入被耦合到所述第三CG的第三輸出并且表示所述第三 CG的第三狀態Q3，并且其中所述異步數字邏輯電路用于使用Q0、 Q1和Q2來更新所述第一CG的下一狀態。

在某些實施例中，所述異步數字邏輯電路包括：第一邏輯門，被耦合到所述第一輸入和所述第三輸入；第二邏輯門，被耦合到所述第二輸入以及所述第一邏輯門的輸出；以及內部鎖存器，被耦合到所述第二邏輯門的輸出，其中所述內部鎖存器被配置為接收捕獲信號，其中所述內部鎖存器配置為在所述捕獲信號為無效時，允許基于Q0、 Q1和Q2的混沌模式生成并且在所述捕獲信號為有效時，停止混沌模式生成，其中所述第一CG的輸出是所述隨機數字值的一位。

在某些實施例中，所述第一邏輯門是OR門，所述第二邏輯門是異或門，并且其中所述內部鎖存器包括：被耦合到所述第一輸出和所述XOR門的輸出的多路復用器，其中所述多路復用器被配置為在所述捕獲信號為無效時，傳遞所述XOR門的輸出并且在所述捕獲信號為有效時，捕獲所述第一輸出；以及被耦合在所述多路復用器的輸出與所述第一輸出之間的一對順序逆變器。

在某些實施例中，所述XOR門的輸出處的下一狀態Q1’由以下等式表示：Q1’＝Q0XOR(Q1OR Q2)。

在某些實施例中，集成電路還包括多個觸發器FF，所述多個觸發器被耦合到所述多個CG的輸出并且用于在由捕獲信號計時時輸出所述隨機數字值，其中所述隨機數字值的隨機性基于所述多個CG的內部鎖存器的混沌和亞穩態。

在某些實施例中，所述多個CG的第一數目大于所述多個FF的第二數目，并且其中所述多個CG中的至少一個CG不耦合到所述多個FF。

在某些實施例中，所述多個CG被組織成第一N位隨機數生成器 RNG，其中N是正整數，其中所述多個CG的內部鎖存器被配置為接收所述捕獲信號，并且其中所述多個FF被配置為在所述捕獲信號有效時，鎖存從所述多個CG輸出的第一N位值。