[發明專利]一種高速真隨機數發生器

有效

• 申請號: 201611019132.4
• 申請日: 2016-11-18
• 公開（公告）號: CN107038015B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 樊凌雁;朱亮亮;袁志東
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G06F7/58
• 分類號: G06F7/58;H04L9/06;H04L9/08
• 代理公司: 北京中政聯科專利代理事務所(普通合伙) 11489
• 代理人: 吳建鋒

1.一種高速真隨機數發生器，其特征在于，包括第一反饋環振真隨機源、第二反饋環振真隨機源和加密運算單元，所述第一反饋環振真隨機源用于產生第一隨機序列，所述第二反饋環振真隨機源用于產生第二隨機序列，所述加密運算單元以第一隨機序列作為明文數據且以第二隨機序列作為密鑰進行加密運算并輸出密文數據作為隨機數輸出；

所述第一反饋環振真隨機源和所述第二反饋環振真隨機源至少包括一個新型FIRO環形振蕩器或新型GARO環形振蕩器；

所述新型FIRO環形振蕩器包括多路改進型FIRO環形振蕩器，每路改進型FIRO環形振蕩器的輸出端分別與多路選擇器的多個輸入端相連接，所述多路選擇器受控于控制信號使其在當前時刻僅選通一路改進型FIRO環形振蕩器并輸出信號；所述改進型FIRO環形振蕩器采用n個反相器連接成環形振蕩器，每個反相器的輸入端都接一個二選一選擇器，所述二選一選擇器的輸出端與該反相器的輸入端相連接，所述二選一選擇器的第一輸入端與該反相器的輸出端相連接；每個反相器的輸出信號均通過反饋環路反饋至第一個二選一選擇器的第二輸入端，所述二選一選擇器的第二輸入端與前級反相器的輸出端相連接，所述二選一選擇器受控于控制信號使其選通第一輸入端或第二輸入端，當所述第一輸入端選通時，每個反相器從大環路中斷開，形成獨立的子環振進入亞穩定狀態；當所述第二輸入端選通時，每個反相器從子環振斷開，重新接入大環振，快速進入穩態；

所述新型GARO環形振蕩器包括多路改進型GARO環形振蕩器，每路改進型GARO環形振蕩器的輸出端分別與多路選擇器的多個輸入端相連接，所述多路選擇器受控于控制信號使其在當前時刻僅選通一路改進型GARO環形振蕩器并輸出信號；所述改進型GARO環形振蕩器采用n個反相器連接成環形振蕩器，每個反相器的輸入端都接一個二選一選擇器，所述二選一選擇器的輸出端與該反相器的輸入端相連接，所述二選一選擇器的第一輸入端與該反相器的輸出端相連接，第n個反相器的輸出端信號通過反饋環路反饋至每個二選一選擇器的第二輸入端，所述二選一選擇器的第二輸入端與前級反相器的輸出端相連接，所述二選一選擇器受控于控制信號使其選通第一輸入端或第二輸入端，當所述第一輸入端選通時，每個反相器從大環路中斷開，形成獨立的子環振進入亞穩定狀態；當所述第二輸入端選通時，每個反相器從子環振斷開，重新接入大環振，快速進入穩態。

2.根據權利要求1所述的高速真隨機數發生器，其特征在于，所述第一反饋環振真隨機源采用多個新型FIRO環形振蕩器異或輸出；所述第二反饋環振真隨機源采用多個新型GARO環形振蕩器異或輸出。

3.根據權利要求1或2所述的高速真隨機數發生器，其特征在于，所述改進型FIRO環形振蕩器和改進型GARO環形振蕩器中，除第n反相器以外的其他反相器輸出端的反饋環路中接入反饋開關fi，其中，i為1至n-1的自然數，采用本原多項式作為反饋多項式控制反饋開關。

4.根據權利要求3所述的高速真隨機數發生器，其特征在于，所述第一反饋環振真隨機源和所述第二反饋環振真隨機源中，采用不同的本原多項式使所述第一隨機序列和所述第二隨機序列正交。

5.根據權利要求1或2所述的高速真隨機數發生器，其特征在于，還包括異或鏈電路，所述第一反饋環振真隨機源產生的第一隨機序列和所述第二反饋環振真隨機源產生的第二隨機序列分別經所述異或鏈電路處理后再輸出至所述加密運算單元。

6.根據權利要求5所述的高速真隨機數發生器，其特征在于，所述異或鏈電路包括多個串接的D觸發器，所述第一隨機序列或第二隨機序列串行輸入至第一個D觸發器，每個D觸發器的輸出端均與其下一級D觸發器的輸入端相連接，所述多個串接的D觸發器通過一同步時鐘信號控制每個D觸發器同時輸出信號并通過一異或門異或輸出后作為所述異或鏈電路的輸出。

7.根據權利要求1或2所述的高速真隨機數發生器，其特征在于，所述加密運算單元為DES加密運算單元。