[發明專利]一種Gbps量級的高速、實時物理隨機數產生方法及裝置

有效

• 申請號: 201910934882.1
• 申請日: 2019-09-29
• 公開（公告）號: CN110795064B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 張建國;劉鋒;李凱凱;王云才;李璞;王安幫;王洋
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G06F7/58
• 分類號: G06F7/58
• 代理公司: 太原高欣科創專利代理事務所(普通合伙) 14109
• 代理人: 崔雪花;冷錦超

1.一種Gbps量級的高速、實時物理隨機數產生方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

1）利用布爾邏輯器件構造66節點的自治布爾網絡，該網絡由一個異或非門和65個異或門相互級聯；每個器件具有兩個輸入端和一個輸出端，每個輸出端都連接到相鄰兩個器件的一個輸入端口上，電子在該網絡中無規則運動，導致每一個器件的輸出端都能夠產生隨機的熵源信號；

2）每一路采用一個D觸發器在0-500MHz時鐘頻率下針對66路并行熵源信號進行熵提取，使該物理熵源能夠產生66路隨機的數字信號S[i]，0≤i≤65；

3）后處理電路模塊對66路隨機的數字信號進行單路的消偏和相鄰鏈路間的去相關操作，每一路隨機信號通過該后處理電路模塊使每一個輸出節點都能夠產生無偏且獨立于其他鏈路的物理隨機信號；

所述的后處理電路模塊由5個D觸發器和3個異或門器件構成；將隨機的數字信號S[i]，一路經過第一D觸發器、第二D觸發器、第一異或門器件異或輸出為R₁[i]；另一路首先和第二異或門器件的輸出經第三D觸發器、第四D觸發器后的信號異或后經第三D觸發器和第四D觸發器輸出信號R₂[i]；新產生的兩路信號R₁[i]和R₂[i]經第三異或門器件異或后，通過第五D觸發器輸出為物理隨機信號Q[i]，0≤i≤65；

4）通過一種吉比特收發器選擇生成的66路中的64路物理隨機信號，在0-500MHz用戶發送時鐘頻率下串行化輸出為高速實時物理隨機數。

2.根據權利要求1所述的一種Gbps量級的高速、實時物理隨機數產生方法，其特征在于，使用66個D觸發器對自治布爾網絡輸出的混沌信號在156.25MHz時鐘頻率下進行有效熵提取，將物理熵源輸出的混沌模擬信號量化為混沌數字信號輸出。

3.根據權利要求1所述的一種Gbps量級的高速、實時物理隨機數產生方法，其特征在于，吉比特收發器由一對156.25MHz的差分時鐘輸入，輸出的時鐘作為吉比特收發器的發送時鐘及熵提取模塊和后處理電路模塊中D觸發器的時鐘源。

4.如權利要求1所述的一種Gbps量級的高速、實時物理隨機數產生裝置，其特征在于，包括熵源模塊、熵提取模塊、后處理電路模塊和高速串行收發器模塊，所述熵源模塊為一個66節點自治布爾網絡用以生成混沌信號；所述熵提取模塊使用D觸發器作為熵提取器將混沌模擬信號提取為混沌數字信號；所述高速串行收發器模塊為吉比特收發器，所述吉比特收發器將經過后處理電路模塊處理的66路物理隨機信號中的64路串化輸出為單路高速實時物理隨機數，所述熵源模塊、熵提取模塊、后處理電路模塊和高速串行收發器模塊集成于一塊FPGA中。

5.根據權利要求4所述的一種Gbps量級的高速、實時物理隨機數產生裝置，其特征在于，所述裝置基于FPGA平臺實現。