[發明專利]一種足熵數字物理噪聲源裝置

有效

• 申請號: 201710060581.1
• 申請日: 2017-01-25
• 公開（公告）號: CN108345445B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 馬原;荊繼武;陳天宇;林璟鏘
• 申請（專利權）人: 中國科學院數據與通信保護研究教育中心
• 主分類號: G06F7/58
• 分類號: G06F7/58;H04L9/08
• 代理公司: 工業和信息化部電子專利中心 11010
• 代理人: 吳永亮

1.一種足熵數字物理噪聲源裝置，其特征在于，所述裝置包括：

第一振蕩器、第二振蕩器、第一單沿計數器、第二單沿計數器、采樣控制單元、計數結果保存器、熵估計電路、判斷模塊和隨機數存儲模塊；

第一振蕩器的輸出發送至第一單沿計數器；第二振蕩器的輸出發送至第二單沿計數器；第二單沿計數器的輸出發送至采樣控制單元；采樣控制單元的輸出發送至第一單沿計數器；第一單沿計數器的輸出發送至計數結果保存器；計數結果保存器的輸出發送至熵估計電路；熵估計電路的輸出發送至判斷模塊；判斷模塊的輸出分別發送給第二單沿計數器和隨機數存儲模塊；隨機數存儲模塊同時接收計數結果保存器的輸出；

所述第一振蕩器用于生成第一信號；所述第二振蕩器用于生成第二信號；

所述第一單沿計數器用于對所述第一信號的周期數進行統計，并根據所述第一信號的周期數的統計結果生成計數結果；

所述第二單沿計數器用于對所述第二信號的周期數進行統計，當所述第二信號的周期數達到預設采樣周期數時，所述第二單沿計數器自動執行清零操作，并觸發采樣控制單元；

所述采樣控制單元用于執行計數結果保存和清零操作；所述計數結果保存和清零操作是指將所述第一單沿計數器的計數結果發送至所述計數結果保存器并對所述第一單沿計數器執行清零操作；

所述計數結果保存器用于儲存所述第一單沿計數器發送來的計數結果，并將所述計數結果發送至熵估計電路；

所述熵估計電路用于根據所述計數結果計算出熵值估計結果；

所述判斷模塊用于判斷所述熵值估計結果是否滿足預設的足熵條件，若是，則觸發隨機數存儲模塊；若否，則調節所述第二單沿計數器的預設采樣周期數，以使熵估計電路重新基于所述第一單沿計數器的計數結果計算出熵值估計結果，直至獲得滿足所述預設的足熵條件的熵值估計結果；

所述隨機數存儲模塊用于存儲基于所述計數結果形成的隨機數。

2.根據權利要求1所述的足熵數字物理噪聲源裝置，其特征在于，所述第一振蕩器和所述第二振蕩器的結構相同、包含相同數量的反相器、具有相同的布線方式、放置于同一硬件平臺上的同一位置、使用同一電源并且同時啟動。

3.根據權利要求2所述的足熵數字物理噪聲源裝置，其特征在于，所述第一振蕩器和第二振蕩器均以延遲器件的形式具體實現，所述延遲器件包括：環形振蕩器。

4.根據權利要求1所述的足熵數字物理噪聲源裝置，其特征在于，所述第一單沿計數器和所述第二單沿計數器同時采用上沿計數方法或同時采用下沿計數方法；

所述上沿計數方法是指：每當所述第一信號或所述第二信號出現上升沿時，相應的計數器周期數加1；所述下沿計數方法是指：每當所述第一信號或所述第二信號出現下降沿時，相應的計數器周期數加1。

5.根據權利要求1所述的足熵數字物理噪聲源裝置，其特征在于，將所述采樣控制單元執行計數結果保存和清零操作的時間設置為第一設定數量的第一信號的周期數。

6.根據權利要求5所述的足熵數字物理噪聲源裝置，其特征在于，所述第一單沿計數器用于對所述第一信號的周期數進行統計，并根據所述第一信號的周期數的統計結果生成計數結果，包括：

統計在所述第二信號的周期數達到所述預設采樣周期數的時間內，所述第一振蕩器的第一信號的周期數，并將所述統計出的周期數與所述第一設定數量的第一信號的周期數的和作為計數結果。

7.根據權利要求1所述的足熵數字物理噪聲源裝置，其特征在于，所述熵估計電路用于根據所述計數結果計算出熵值估計結果，包括：

根據接收到的所述計數結果，計算所述計數結果在白噪聲影響下的計數方差值，并將所述計數方差值作為所述熵估計電路的熵估計結果。

8.根據權利要求1所述的足熵數字物理噪聲源裝置，其特征在于，當所述隨機數存儲模塊接收到外部的讀取數據指令read時，將所述隨機數輸出。

9.根據權利要求1所述的足熵數字物理噪聲源裝置，其特征在于，所述隨機數存儲模塊以存儲器的形式具體實現，包括：先入先出型的數據緩沖器FIFO。