[發明專利]一種真隨機數發生器及電子設備

有效

• 申請號: 202010892500.6
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN112015368B
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 黃瑞鋒;楊昌楷;王建龍
• 申請（專利權）人: 海光信息技術股份有限公司
• 主分類號: G06F7/58
• 分類號: G06F7/58;H04L9/08
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 鐘揚飛

本申請提供一種真隨機數發生器及電子設備，包括：信號采集器件，包括數據采集端口，時鐘端口以及輸出端口，且在數據采集端口處的信號的上升沿與時鐘端口處的信號的上升沿在預設位置處對齊時，信號采集器件處于亞穩態狀態；振蕩器，振蕩器分別與數據采集端口、時鐘端口以及輸出端口連接，振蕩器用于產生振蕩信號并將振蕩信號分別輸入至數據采集端口和時鐘端口，并根據輸出端口輸出的信號調整產生的振蕩信號的周期；其中，振蕩器至數據采集端口和時鐘端口的電路延遲不同。本申請的真隨機數發生器可以使得信號采集器件動態地穩定在亞穩態狀態下，提供可靠的隨機數，實現基于亞穩態的隨機數的產生。

技術領域

本申請涉及信息安全領域技術領域，具體而言，涉及一種真隨機數發生器及電子設備。

背景技術

隨著日益增加的信息安全需求，信息的加密與破解技術得到極大的發展。為了保證信息的保密性、完整性、可用性、可控性和不可否認性，目前廣泛地使用了信息加密技術。而幾乎所有的信息加密技術都需要使用密匙，因此，如何得到一個安全可靠、難以破解的密匙就成為了信息加密技術的一個重點。眾所周知，凡是可以被破解的密碼都是會有一定規律可尋的，只要找到這個規律就可以反向去破解，而真隨機數是一種靠著純物理現象生成的隨機數，它有著無規律性以及難以復現的優點，可以很好的滿足了人們對密匙安全性的要求。也正因此，現在的很多密匙都是以真隨機數為基礎而產生的。

目前，常見的真隨機數發生器實現方法主要有隨機噪聲源直接放大法、基于振蕩器的隨機數發生器和基于亞穩態的隨機數發生器。

隨機噪聲源直接放大法是將隨機噪聲(如電阻熱噪聲)放大得到隨機數的方法，但是這種方法很難把電源沉底耦合的噪聲的影響去掉。而基于振蕩器的隨機數發生器，器件使用過多，抖動積累時間較長，產生的隨機序列的隨機性不夠高，對于一些要求不是很嚴格的場合適用，是目前應用最多的真隨機數發生器結構。而基于亞穩態的隨機數發生器，是利用數字電路中的亞穩態去產生真隨機數，當電路進入亞穩態，并從亞穩態再次回到穩態時，由于半導體內外部噪聲的影響，最終電路會收斂于高低電平中的任意一個，這種不確定性收斂就是真隨機數產生的來源。基于亞穩態的隨機數發生器所產生的隨機數隨機性高，但是由于在實際中電源的噪聲、溫度的漂移還有CMOS工藝的偏差對延時電路影響很大，亞穩態的產生和使用并不容易。

發明內容

本申請實施例的目的在于提供一種真隨機數發生器及電子設備，用以實現基于亞穩態的隨機數的產生。

本申請實施例提供了一種真隨機數發生器，包括：

信號采集器件，包括數據采集端口，時鐘端口以及輸出端口，且在所述數據采集端口處的信號與所述時鐘端口處的信號滿足亞穩態的出現條件時，所述信號采集器件處于亞穩態狀態；振蕩器，所述振蕩器分別與所述數據采集端口、所述時鐘端口以及所述輸出端口連接，所述振蕩器用于產生振蕩信號并將所述振蕩信號分別輸入至所述數據采集端口和所述時鐘端口，并根據所述輸出端口輸出的信號調整產生的所述振蕩信號的周期；其中，所述振蕩器至所述數據采集端口和所述時鐘端口的電路延遲不同。

在上述實現方式中，振蕩器可以根據信號采集器件的輸出端口輸出的值自動調整振蕩信號的周期，而由于振蕩器至數據采集端口和時鐘端口的電路延遲不同，因此數據采集端口和時鐘端口在同一時刻收到的振蕩信號不是振蕩器同一時刻發出的振蕩信號，因此可以通過調整振蕩信號的周期，使得數據采集端口處的信號與所述時鐘端口處的信號滿足亞穩態的出現條件，比如使得數據采集端口和時鐘端口在同一時刻收到的振蕩信號的上升沿在預設位置處對齊，從而使得信號采集器件動態地穩定在亞穩態狀態下，提供可靠的隨機數，實現基于亞穩態的隨機數的產生。

進一步地，所述振蕩器包括奇數個依次首尾相連的振蕩單元；每個所述振蕩單元均包括：第一延遲鏈路和第二延遲鏈路，用于按照預設的延遲周期對接收到的信號的上升沿位置進行延遲；其中，所述第一延遲鏈路的延遲周期小于所述第二延遲鏈路的延遲周期；選擇單元，分別與所述第一延遲鏈路和第二延遲鏈路連接，以根據所述輸出端口輸出的信號，選擇輸出所述第一延遲鏈路處理的信號，或選擇輸出所述第二延遲鏈路處理的信號。