[發明專利]高可靠的物理隨機數發生系統及方法在審

申請號：	202011037303.2	申請日：	2020-09-28
公開（公告）號：	CN112181362A	公開（公告）日：	2021-01-05
發明（設計）人：	劉偉	申請（專利權）人：	蘇州矗聯電子技術有限公司
主分類號：	G06F7/58	分類號：	G06F7/58;G06F15/78
代理公司：	南京縱橫知識產權代理有限公司 32224	代理人：	俞翠華
地址：	215123 江蘇省蘇州市工***	國省代碼：	江蘇;32
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摘要：
搜索關鍵詞：	可靠物理隨機數發生系統方法
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【說明書】：

本發明公開了一種高可靠的物理隨機數發生系統及方法，系統包括數字驅動模塊、混沌噪聲采集模塊、后處理模塊、在線檢測模塊、輸出模塊；數字驅動模塊生成數字驅動信號并發送至混沌噪聲采集模塊；混沌噪聲采集模塊包括數模轉換器、多個超晶格器件和多個模數轉換器；數模轉換器接收將數字驅動信號，并將其轉換為模擬波形，同時利用模擬波形驅動各路超晶格器件產生混沌振蕩；各模數轉換器采樣對應超晶格器件產生的混沌振蕩并輸出原始隨機序列；后處理模塊接收原始隨機序列進行隨機性提取，得到多組足熵的物理隨機數；在線檢測模塊對各組物理隨機數按位異或后，發送至輸出模塊，還發送至數字驅動模塊供其生成數字驅動信號。本發明能夠實現高速地產生物理隨機數。

技術領域

本發明涉及信息安全技術領域，具體涉及一種高可靠的物理隨機數發生系統及方法。

背景技術

隨著現代信息技術的發展，信息安全性逐漸得到廣泛關注，物理隨機數發生器已成為現代信息系統中重要的組成部分，信息系統的安全性很大程度取決于隨機數的質量與數量。尤其是在隨機數質量要求較高的密碼學、保密通信、信息安全等領域，從物理隨機現象中提取的高速、高質量物理隨機數成為寶貴資源，且對隨機數發生系統產生的隨機數質量和可靠性提出了苛刻的要求。

超晶格器件在一定直流偏壓下，可實現電流混沌振蕩，可作為一種新型的物理不可克隆函數(PUF)，在隨機挑戰信號作用下可產生不可預測的響應，可用于產生高質量的物理隨機數。而且超晶格器件是一種強PUF，具備足夠多的挑戰-響應對，在有限時間內無法完全遍歷。超晶格器件具有物理不可克隆性，即器件由復雜的半導體工藝制備而成，且一旦制備便不可在電學特性上被復制仿造，可以保障每一個超晶格器件具有特異性的挑戰-響應關系。

目前的實用性物理隨機數產生裝置中，純電子學實現方案受到物理器件帶寬限制，僅能實現較低速率的物理隨機數發生器。且在苛刻的工作環境下，難以保證系統長時間持續穩定的生產物理隨機數，給信息系統安全帶來隱患。

發明內容

針對上述問題，本發明提出一種高可靠的物理隨機數發生系統及方法，能夠實現高速地產生物理隨機數。

為了實現上述技術目的，達到上述技術效果，本發明通過以下技術方案實現：

第一方面，本發明提供了一種高可靠的物理隨機數發生系統，包括：數字驅動模塊、混沌噪聲采集模塊、后處理模塊、在線檢測模塊、輸出模塊；

所述數字驅動模塊生成數字驅動信號，并發送至混沌噪聲采集模塊；

所述混沌噪聲采集模塊包括數模轉換器、多個超晶格器件和多個模數轉換器；所述數模轉換器接收將所述數字驅動信號，并將其轉換為模擬波形，同時利用所述模擬波形驅動各路超晶格器件，產生混沌振蕩；各模數轉換器分別與對應的超晶格器件相連，采樣對應超晶格器件產生的混沌振蕩，并輸出原始隨機序列；

所述后處理模塊接收各模數轉換器輸出的原始隨機序列，并分別進行隨機性提取，得到多組足熵的物理隨機數；

所述在線檢測模塊對各組物理隨機數按位異或后，發送至輸出模塊以提供給應用系統使用，同時還發送至所述數字驅動模塊供其生成數字驅動信號。

可選地，所述數字驅動模塊、后處理模塊和在線檢測模塊均選用FPGA芯片。

可選地，所述超晶格器件與模數轉換器的采樣通道的數量相等。

可選地，所述在線檢測模塊對各組物理隨機數的隨機性指標進行實時檢測，一旦發現某路故障，便發出報警信號。