[發(fā)明專利]一種基于文氏橋振蕩器結(jié)構(gòu)的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010911073.1
• 申請(qǐng)日: 2020-09-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111966330B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬國(guó)坤;趙亞紅;王浩;饒毅恒;鄭精
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖北大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F7/58
• 分類號(hào): G06F7/58;H04L9/00;H04L9/06;H04L9/08
• 代理公司: 北京金智普華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 楊采良

本發(fā)明提供了一種含有憶阻器(RRAM)的基于文氏橋振蕩器結(jié)構(gòu)的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，屬于信息安全領(lǐng)域；本發(fā)明提供的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器包括：憶阻器分壓供電模塊、混沌電路模塊、單片機(jī)數(shù)據(jù)采集模塊；所述憶阻器分壓供電模塊為所述混沌電路模塊進(jìn)行供電，由于所述憶阻器分壓供電模塊提供的工作電壓具有隨機(jī)性，使得所述混沌電路模塊產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)具有隨機(jī)性；所述單片機(jī)數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)所述隨機(jī)數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。實(shí)現(xiàn)整體混沌系統(tǒng)的不可預(yù)測(cè)性和不可復(fù)制，對(duì)要求較高的加密安全系統(tǒng)起到了重大貢獻(xiàn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及信息安全領(lǐng)域，尤其涉及一種含有憶阻器(RRAM)的基于文氏橋振蕩器結(jié)構(gòu)的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器。

背景技術(shù)

隨著大數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的來(lái)臨，信息安全變得尤為重要，密碼學(xué)是解決信息安全問(wèn)題的非常有效的技術(shù)。隨機(jī)數(shù)在現(xiàn)代密碼技術(shù)中有著非常重要的地位，例如：數(shù)字簽名、密鑰管理和幾乎所有的密碼協(xié)議和算法都要用到隨機(jī)數(shù)。所以使用隨機(jī)數(shù)的信息安全系統(tǒng)的安全性就一定程度上取決于隨機(jī)數(shù)的隨機(jī)性及安全性。

目前，將隨機(jī)數(shù)發(fā)生器分為兩種：偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器(Pseudo random NumberGenerator)和真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器(True random Number Generator)。其中，偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的是偽隨機(jī)序列，序列通過(guò)已知的名為種子的初始值序列和固定算法產(chǎn)生，如果種子和算法是公開(kāi)的，就可以得到完全相同的隨機(jī)數(shù)。而真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器是利用了物理過(guò)程中的各種隨機(jī)噪聲，如噪聲、振動(dòng)等，可以產(chǎn)生不可預(yù)測(cè)的真隨機(jī)數(shù)序列，因此解決了偽隨機(jī)數(shù)的周期性問(wèn)題，對(duì)于很多對(duì)安全系統(tǒng)要求較高的安全系統(tǒng)加密有很重要的意義。混沌狀態(tài)是一種介于周期和噪聲之間的一種特殊信號(hào)狀態(tài)，混沌信號(hào)由于其初值敏感性和頻譜寬廣性，在加密、通信等實(shí)用領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用，因此，研究并設(shè)計(jì)隨機(jī)性更好的混沌信號(hào)發(fā)生器是一項(xiàng)非常重要的工作。在電路系統(tǒng)中常見(jiàn)的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的產(chǎn)生方法之一就是構(gòu)造一個(gè)混沌系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)來(lái)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明一種基于文氏橋振蕩器結(jié)構(gòu)的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，所述隨機(jī)數(shù)發(fā)生器包括：憶阻器分壓供電模塊、混沌電路模塊、單片機(jī)數(shù)據(jù)采集模塊；

所述憶阻器分壓供電模塊為所述混沌電路模塊進(jìn)行供電，由于所述憶阻器分壓供電模塊提供的工作電壓具有隨機(jī)性，使得所述混沌電路模塊產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)具有隨機(jī)性；

所述單片機(jī)數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)所述隨機(jī)數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

優(yōu)選地，所述真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器還包括加密算法模塊，所述加密算法模塊依據(jù)所述隨機(jī)數(shù)，通過(guò)AES加密算法對(duì)所述隨機(jī)數(shù)數(shù)字序列進(jìn)行加密處理生成真隨機(jī)數(shù)。

優(yōu)選地，所述真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器還包括箝位保護(hù)電路模塊，所述箝位保護(hù)電路模塊保證所述混沌電路模塊輸出的隨機(jī)信號(hào)電壓范圍在0～3.3V之間，防止所述單片機(jī)數(shù)據(jù)采集模塊采集數(shù)據(jù)時(shí)由于電壓過(guò)高燒毀單片機(jī)。

優(yōu)選地，所述混沌電路模塊包括振蕩網(wǎng)絡(luò)、耦合網(wǎng)絡(luò)和非線性網(wǎng)絡(luò)。

優(yōu)選地，所述振蕩網(wǎng)絡(luò)采用文氏橋振蕩器，即RC橋式正弦波振蕩器，以 RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)為選頻網(wǎng)絡(luò)和正反饋網(wǎng)絡(luò)、并引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋，兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成橋路；所述耦合網(wǎng)絡(luò)為RC電路，所述非線性網(wǎng)絡(luò)采用蔡式二極管。

優(yōu)選地，所述憶阻器分壓供電模塊還為所述單片機(jī)數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行供電

本發(fā)明還提供了一種利用上述真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器生成真隨機(jī)數(shù)的方法，所述方法包括以下步驟：

步驟1)：將所述憶阻器分壓供電模塊的憶阻器由高阻態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥钁B(tài)；再由低阻態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦咦瑁缓笤賹?duì)所述混沌電路模塊進(jìn)行供電；

步驟2)：所述混沌電路模塊由于所述憶阻器分壓供電模塊提供的工作電壓具有隨機(jī)性，產(chǎn)生具有隨機(jī)性的隨機(jī)數(shù)；

步驟3)：所述單片機(jī)數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)所述隨機(jī)數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；