[發明專利]一種真隨機數生成方法及真隨機數發生器

有效

• 申請號: 201911383553.9
• 申請日: 2019-12-28
• 公開（公告）號: CN111124363B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 陳毅成;盧紹強;張明宇
• 申請（專利權）人: 武漢瑞納捷半導體有限公司
• 主分類號: G06F7/58
• 分類號: G06F7/58
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 孟潔

本發明屬于數字及電子信息技術領域，具體涉及一種真隨機數生成方法及真隨機數發生器通過基于兩個獨立不同源的高頻和低頻時鐘，利用時鐘的抖動和兩個獨立時鐘之間的相位漂移具有隨機的特性，從不同模塊抽頭出來的高頻時鐘進行異或，然后用低頻時鐘進行采樣同步，利用線性移位寄存器對采樣后數據進行隨機后處理，即可得到真隨機數。本發明只需要普通數字邏輯單元即可產生可靠隨機序列的真隨機數，具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明屬于數字及電子信息技術領域，具體涉及一種真隨機數生成方法及真隨機數發生器。

背景技術

隨機數在加密設備和加密芯片中占有重要的位置。在以ECC、RSA等為代表的非對稱密鑰加密體制中需要有安全可靠的隨機數來生成密鑰，而在網絡安全協議中，密鑰分配時的臨時交換號往往采用隨機數來進行握手。在這些敏感場合中，隨機數發生器得到了廣泛的應用。然而傳統的偽隨機數發生器存在著運算結果可預測、可重復等缺點，已不能適應信息安全技術發展的需要。

隨機數產生器可以用硬件方法實現，也可以用軟件方法實現。軟件方法實現的隨機數產生器用算法產生的隨機序列決定于采用的算法和初始種子，通常被稱為偽隨機數產生器。硬件方法實現真隨機數主要依賴于物理原件的隨機特征，例如電阻或者二極管的噪聲等。真隨機數產生器不像偽隨機數產生器那樣需要設定初始種子，因而真隨機數具有更好的隨機特性和更優的應用。

目前常見的片上真隨機數產生器的產生方式有三種：基于電路噪聲的真隨機數產生器、基于混沌機制的真隨機數產生器和基于振蕩器采樣的真隨機數產生器。基于電路噪聲采樣和混沌機制的真隨機數發生器需要放大器和比較器，其電路面積和資源消耗較大。

因此急需開發一種簡單而可靠的真隨機數發生器。

發明內容

針對以上問題，本發明旨在提供一種只需要普通數字邏輯單元即可產生可靠隨機序列的真隨機數生成方法及真隨機數發生器。

為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是：提供一種真隨機數生成方法，包括如下步驟：

S1選擇不同源的高頻時鐘和低頻時鐘，作為隨機源；

S2分別多次對高頻時鐘進行抽頭；

S3對分別抽頭出來的高頻時鐘進行異或處理；

S4用低頻時鐘對異或處理后的高頻時鐘進行采樣，即得真隨機數。

進一步的，所述步驟S4之后還包括S5：

S5對所述隨機數進行位寬和速度匹配處理。

進一步的，所述步驟S5之后還包括步驟S6：

S6采用循環碼編碼進行消偏處理。

更進一步的，所述高頻時鐘包括但不限于通過片內振蕩器、外部時鐘、外部時鐘倍頻、外部晶體加內部振蕩電路倍頻、外部晶體加內部振蕩電路振蕩器倍頻的方式得到。

更進一步的，所述低頻時鐘包括但不限于通過片內振蕩器、外部時鐘、外部晶體加內部振蕩電路的方式得到。

一種真隨機數發生器，包括

高頻時鐘選擇單元，用于獲取不同源的高頻時鐘；

高頻時鐘抽頭單元，用于分別多次對高頻時鐘的抽頭模塊進行抽頭；

異或單元，用于對分別抽頭出來的高頻時鐘進行異或處理；

低頻時鐘選擇單元，用于獲取不同源的低頻時鐘；

采樣單元，用于利用低頻時鐘對異或處理后的高頻時鐘進行采樣，得到真隨機數。

作為一種改進，還包括異步FIFO單元，