[發明專利]一種用于隨機數發生器中實現高速隨機提取的方法

有效

• 申請號: 201810106571.1
• 申請日: 2018-02-02
• 公開（公告）號: CN108319448B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 張一辰;鄭子勇;喻松;郭弘
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: G06F7/58
• 分類號: G06F7/58
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種用于隨機數發生器中實現高速隨機提取的方法，其特征在于，包括：

步驟1：根據監控數據計算出安全隨機數含量；

步驟2：檢查隨機提取設備的性能和資源情況，計算每次提取操作的最佳原始數據長度n，確定對應的Toeplitz矩陣大小，并構造對應的Toeplitz矩陣；

包括如下步驟：

步驟2a：檢查FPGA的資源配置，包括FPGA處理速度、內存大小、顯示查找表資源；

步驟2b：以單次處理的原始數據長度為Toeplitz矩陣的列數n，以單次處理的原始數據長度和安全隨機數含量的乘積值來確定Toeplitz矩陣的行數m，調用m+n-1比特預存的隨機數作為種子構造Toeplitz矩陣；

步驟2c：根據FPGA資源情況，確定原始數據長度和Toeplitz矩陣T的大小為m×n；

步驟3：存儲n長度原始數據，根據原始數據序列每一比特的值決定Toeplitz矩陣各列之間的運算規則；包括如下步驟：

步驟3a：存儲比特長度為n的原始數據和比特長度為m+n-1的隨機數t；

步驟3b：每一運算周期，t右移1比特，并取t的末m比特為Toeplitz矩陣的對應列，當對應原始數據序列的第i比特ri為1時，中間變量否則，當對應原始數據序列的第i比特ri為0時，中間變量b_i＝b_i-1，即b_i保持不變；當對應原始數據序列的第i比特ri為n時，中間變量b_n即為當次矩陣操作的結果；其中a_i為Toeplitz矩陣的第i列；

步驟4：當原始數據產生速率與隨機提取速率不匹配時，調用若干個模塊并行運行步驟3；上述步驟按照順序依次進行。

2.根據權利要求1所述的一種用于隨機數發生器中實現高速隨機提取的方法，其特征在于，所述步驟1包括如下步驟：

步驟la:適當地調節系統中的本征光光功率以獲取多組測量數據M的方差且ADC的動態電壓輸入范圍為采集下來的數據標準差σ_M的4至5倍；

步驟1b:關閉本振光以獲取多組電噪聲E的方差

步驟1c:根據最小熵計算公式獲得安全隨機數含量γ。

3.根據權利要求1所述的一種用于隨機數發生器中實現高速隨機提取的方法，其特征在于，所述步驟4包括如下步驟：

步驟4a：當原始數據產生速率與隨機提取速率不匹配時，將采集到的原始數據收集緩存于緩存介質中，并劃分為k個比特長度為m的原始數據模塊，使得隨機提取速率不小于原始數據產生速率；

步驟4b：調用k個模塊并行運行步驟2；

步驟4c：將隨機提取所得的數據實時輸出。

4.根據權利要求1所述的一種用于隨機數發生器中實現高速隨機提取的方法，其特征在于，所述步驟1中根據監控數據計算出安全隨機數含量在系統運行過程中按一定比例隨機進行，計算所得安全隨機數的含量用于下一時間段的隨機提取；

步驟3a中所述的m+n-1比特隨機數為預先存入的安全隨機數，該隨機數定期更新，更新所用隨機數為系統自身生成的隨機數；

步驟3b中利用將t右移1比特并取低m比特的方式構造Toeplitz矩陣。