[發明專利]一種等效重啟調頻真隨機數發生器及真隨機數發生方法

有效

• 申請號: 201910360070.0
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN110098799B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 董麗華
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H03B1/04
• 分類號: H03B1/04;H03B5/24;H03F1/26;H03F3/45;G06F7/58
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

一種等效重啟調頻真隨機數發生器及真隨機數發生方法，發生器包括調頻高頻振蕩器、噪聲放大器及過零點計數器，噪聲放大器的輸出端與調頻高頻振蕩器的輸入端相連，調頻高頻振蕩器的輸出端與過零點計數器的輸入端相連，過零點計數器的輸出端作為真隨機數發生器的輸出端。方法包括以下步驟：1)噪聲放大器將放大后的噪聲輸入到調頻高頻振蕩器；2)調頻高頻振蕩器接收放大后的噪聲，并以此作為調制信號對高頻振蕩波進行調頻；3)過零點計數器接收到調頻后的高頻振蕩信號，統計某段時間內高頻振動信號的過零點數量，最后輸出真隨機數。本發明累積了噪聲的影響，使得輸出的真隨機數性質更為穩定。

技術領域

本發明屬于電子電路領域，涉及一種等效重啟調頻真隨機數發生器及真隨機數發生方法。

背景技術

現有技術關于生成真隨機數的途徑有很多，例如已公開的專利“一種比較相等電阻熱噪聲的真隨機數發生器”(于慧紅，CN101751240B)采用比較器對相同電阻的熱噪聲信號進行比較處理得到隨機數序列；另一專利“多源輸入真隨機數發生器電路架構”(周昕杰、于宗光、羅靜、王棟、田海燕，CN203909778U)則公開了一種通過中間變量對不同類型噪聲產生電路進行選擇作為噪聲源，再用采樣校正電路和隨機數計數器對其處理得到真隨機數的方法。

在目前已有的研究中，也有很多利用振蕩器頻率的抖動來生成真隨機數，例如“一種真隨機數生成方法及發生器”(王堅、張鴻飛、崔珂、高原、梁昊、金革，CN102375722A)，利用多個獨立的帶外部使能端的高頻振蕩環產生多路輸出信號，從中選取采樣信號對其他路信號進行采樣異或得到真隨機數組；“一種基于數字電路的真隨機數發生器”(馮睿、胡楊川、何衛國，CN103150138A)將副振蕩采樣電路與主振蕩采樣電路中基本振蕩采樣電路的頻率控制端連接，再用后處理電路在基本振蕩采樣電路輸出端進行采樣得到真隨機數。

圖1所示為目前常用的利用振蕩器頻率的抖動生成真隨機數發生器原理圖，包括高頻時鐘振蕩器、低頻時鐘振蕩器和觸發器，其中低頻時鐘振蕩器作為主要的噪聲來源。電子器件中廣泛存在的白噪聲、閃爍噪聲使振蕩器的輸出并非為理想的周期性信號，而是存在一定的相位抖動，用帶有抖動的低頻振蕩器通過觸發器采樣高頻振蕩器的形式即可產生隨機數輸出。利用該結構產生的隨機數具有不可預測性，但由于低頻振蕩器的抖動是以采樣高頻時鐘的方式表現出來，其采樣輸出的隨機性與高頻時鐘的工作頻率有很大關系，當高頻時鐘的頻率過低或過高時將無法提取出低頻時鐘的抖動，使系統不滿足隨機性要求。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術中問題，提供一種等效重啟調頻真隨機數發生器及真隨機數發生方法，通過人為增加高頻振蕩器的相位偏移，增加輸出隨機序列的隨機性，保證比特之間的獨立性，確保將高頻振蕩器的相位偏移提取出來并產生真隨機數。

為了實現上述目的，本發明的真隨機數發生器，包括調頻高頻振蕩器、噪聲放大器及過零點計數器，噪聲放大器的輸出端與調頻高頻振蕩器的輸入端相連，調頻高頻振蕩器的輸出端與過零點計數器的輸入端相連，過零點計數器的輸出端作為真隨機數發生器的輸出端。

所述的調頻高頻振蕩器為晶體鎖相環調頻振蕩器。

所述的調頻高頻振蕩器包括一個正弦波交流發生器V1、一個相乘器A1、四個定值電阻R1、R2、R3和R4、一個定值電容C2、一個直流電壓源VCC和一個壓控振蕩器V2；相乘器A1的輸入端連接正弦波交流發生器V1與壓控振蕩器V2的輸出端，相乘器A1的輸出端經過定值電阻R1、R2連接壓控振蕩器V2的輸入端，并通過定值電阻R4連接直流電壓源VCC，定值電阻R1、R2之間連接定值電容C2后接地，定值電阻R1、R2之間連接定值電容C2的接線上連接定值電阻R3，調頻高頻振蕩器的信號輸入端接在定值電阻R3與地線之間，調頻高頻振蕩器的信號正極輸出端為壓控振蕩器V2的正極輸出端，負極輸出端為地線。