[發(fā)明專利]一種高速足熵?cái)?shù)字物理噪聲源裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710113394.5
• 申請日: 2017-02-28
• 公開（公告）號: CN108512656B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬原;荊繼武;陳天宇;林璟鏘
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院數(shù)據(jù)與通信保護(hù)研究教育中心
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08;H04L9/06
• 代理公司: 工業(yè)和信息化部電子專利中心 11010
• 代理人: 吳永亮

1.一種高速足熵?cái)?shù)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、線性波轉(zhuǎn)換器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、熵估計(jì)電路、位寬轉(zhuǎn)換器和隨機(jī)數(shù)存儲(chǔ)器；

第一振蕩器的輸出分別發(fā)送至線性波轉(zhuǎn)換器和熵估計(jì)電路；第二振蕩器的輸出分別發(fā)送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器和熵估計(jì)電路；線性波轉(zhuǎn)換器的輸出發(fā)送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器；模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出發(fā)送至位寬轉(zhuǎn)換器；熵估計(jì)電路的輸出發(fā)送至位寬轉(zhuǎn)換器；位寬轉(zhuǎn)換器的輸出發(fā)送至隨機(jī)數(shù)存儲(chǔ)器；

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；

所述線性波轉(zhuǎn)換器用于將所述第一信號轉(zhuǎn)換為線性波模擬信號；

所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于以所述第二信號為時(shí)鐘信號，將所述線性波模擬信號轉(zhuǎn)化為多比特位寬數(shù)字信號；

所述熵估計(jì)電路用于以所述第二信號為時(shí)鐘信號，根據(jù)所述第一信號計(jì)算出熵值估計(jì)結(jié)果；

所述位寬轉(zhuǎn)換器用于根據(jù)所述熵估計(jì)結(jié)果以及預(yù)設(shè)的足熵值，判斷出所述多比特位寬數(shù)字信號中滿足所述足熵值的全部比特位；

所述隨機(jī)數(shù)存儲(chǔ)器用于根據(jù)所述多比特位寬數(shù)字信號中滿足所述足熵值的每個(gè)比特位的值形成隨機(jī)數(shù)，并存儲(chǔ)所述隨機(jī)數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速足熵?cái)?shù)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(jié)構(gòu)相同、包含相同數(shù)量的反相器、具有相同的布線方式、放置于同一硬件平臺(tái)上的相鄰位置、使用同一電源并且同時(shí)啟動(dòng)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高速足熵?cái)?shù)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(shí)現(xiàn)，所述延遲器件包括：環(huán)形振蕩器。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速足熵?cái)?shù)字物理噪聲源裝置，其特征在于，所述線性波模擬信號為：鋸齒波模擬信號或三角波模擬信號。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的高速足熵?cái)?shù)字物理噪聲源裝置，其特征在于，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于以所述第二信號為時(shí)鐘信號，將所述線性波模擬信號轉(zhuǎn)化為多比特位寬數(shù)字信號，包括：

當(dāng)所述第二信號出現(xiàn)上升沿時(shí)，觸發(fā)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器從所述線性波轉(zhuǎn)換器中獲取所述線性波模擬信號，并將所述線性波模擬信號經(jīng)過采樣、量化、編碼過程，轉(zhuǎn)化為多比特位寬數(shù)字信號；或者，

當(dāng)所述第二信號出現(xiàn)下降沿時(shí)，觸發(fā)所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器從所述線性波轉(zhuǎn)換器中獲取所述線性波模擬信號，并將所述線性波模擬信號經(jīng)過采樣、量化、編碼過程，轉(zhuǎn)化為多比特位寬數(shù)字信號。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速足熵?cái)?shù)字物理噪聲源裝置，其特征在于，所述熵估計(jì)電路用于以所述第二信號為時(shí)鐘信號，根據(jù)所述第一信號計(jì)算出熵值估計(jì)結(jié)果，包括：

按照單沿計(jì)數(shù)規(guī)則統(tǒng)計(jì)在所述第二信號的周期數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)采樣周期數(shù)的時(shí)間內(nèi)，所述第一信號的周期數(shù)，并將所述統(tǒng)計(jì)出的周期數(shù)作為一次采樣計(jì)數(shù)結(jié)果；

根據(jù)設(shè)定次數(shù)的采樣計(jì)數(shù)結(jié)果，計(jì)算所述設(shè)定次數(shù)的采樣計(jì)數(shù)結(jié)果在白噪聲影響下的計(jì)數(shù)方差值，并將所述計(jì)數(shù)方差值作為所述熵估計(jì)電路的熵估計(jì)結(jié)果。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高速足熵?cái)?shù)字物理噪聲源裝置，其特征在于，所述單沿計(jì)數(shù)規(guī)則是：

每當(dāng)所述第二信號出現(xiàn)上升沿時(shí)，周期數(shù)加1；或者，

每當(dāng)所述第二信號出現(xiàn)下降沿時(shí)，周期數(shù)加1。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速足熵?cái)?shù)字物理噪聲源裝置，其特征在于，所述位寬轉(zhuǎn)換器用于根據(jù)所述熵估計(jì)結(jié)果以及預(yù)設(shè)的足熵值，判斷出所述多比特位寬數(shù)字信號中滿足所述足熵值的全部比特位，包括：

根據(jù)所述熵估計(jì)結(jié)果，以及所述多比特位寬數(shù)字信號中的各個(gè)比特位之間的熵值比例關(guān)系，即相鄰兩個(gè)比特位之間質(zhì)量因子差2^M倍，通過對所述熵估計(jì)結(jié)果執(zhí)行步長為M的移位操作，判斷出所述多比特位寬數(shù)字信號中滿足所述預(yù)設(shè)的足熵值的分辨率最低的足熵比特位；并將所述分辨率最低的足熵比特位，以及在所述多比特位寬數(shù)字信號中分辨率大于所述分辨率最低的足熵比特位的分辨率的其他比特位發(fā)送至所述隨機(jī)數(shù)存儲(chǔ)器中。