[發明專利]一種混沌隨機數發生器及發生方法

有效

• 申請號: 202011109835.2
• 申請日: 2020-10-16
• 公開（公告）號: CN112328204B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發明（設計）人: 彭金輝;雷宗華;王陽陽;劉長河;廖正赟;劉熙胖
• 申請（專利權）人: 鄭州信大捷安信息技術股份有限公司
• 主分類號: G06F7/58
• 分類號: G06F7/58;G06N7/08
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司 41111
• 代理人: 張立強

本發明屬于集成電路的信息安全技術領域，公開一種混沌隨機數發生器及發生方法，該混沌隨機數發生器包括：隨機源產生電路，用于通過多路混沌隨機源產生多路初始隨機源，并將多路初始隨機源數字化后進行異或疊加生成初始隨機數且輸出至后處理電路；其中，每一路混沌隨機源至少包括多個混沌映射單元，采用鏈式環形電路結構，且通過混沌映射單元中設置的三維混沌映射電路，獲取一路初始隨機源；后處理電路，用于對初始隨機數進行檢測、運算與串并轉換處理后，輸出最終隨機數序列。本發明能夠保證混沌隨機數發生器的穩定性和輸出序列的隨機性。

技術領域

本發明屬于集成電路的信息安全技術領域，尤其涉及一種混沌隨機數發生器及發生方法。

背景技術

隨著個人計算機和網絡的普及，電子商務、電子政務有了飛速的發展，與此同時，電子商務、政務的信息安全問題也越來越受到人們的關注，安全芯片在信息社會的各個領域中應用廣泛，其主要功能包括對用戶關鍵數據的安全存儲、加密、解密以及身份識別等。隨著國家對信息安全產業的支持力度加大，安全芯片的安全性就需要等級保護。隨機數發生器作為安全芯片中不可或缺的一部分，要求也越來越嚴格。隨機數發生器是加密應用的基礎，可用于產生指定安全要求的加密密鑰、對抗側信道攻擊、生產初始向量、隨機填充位等攻擊。

由于偽隨機數本身是可預測的，所以在信息加密應用中，必須采用完全不可預測的真隨機數來保障信息的安全性。真隨機數的不可預測性來源于一個本征的隨機物理過程，如利用電阻熱噪聲產生真隨機數等。隨著非線性理論的發展和完善，混沌行為給真隨機數發生器的設計提供了新的理論依據和實現方法。目前，考慮實現的可能性，通常選取分段性混沌表達式作為混沌映射函數，該映射函數的狀態空間劃分產生一個二進制的離散非記憶的信息源，從而在理論上保證了從該信息源產生的隨機數是真隨機數；混沌表達式如下所示，通過對X_n的符號判斷產生最終的0，1隨機數序列；

X_n+1＝BX_n+A，X_n0；

X_n+1＝BX_n-A，X_n＝0；

然而，上述基于混沌表達式的隨機數發生器，實現電路的穩定性差，對于系數A和B的取值存在約束，會存在X_n+1的值與X_n的值相同的情況，從而造成了以后的隨機序列的值都為A或-A，嚴重影響了序列的隨機性，使得混沌系統進入了飽和，嚴重影響輸出序列的隨機性，因此如何設計一種混沌隨機數發生器，保證隨機數發生器的穩定性和輸出序列的隨機性是目前急需解決的問題。

發明內容

本發明針對上述基于混沌表達式的隨機數發生器，實現電路的穩定性差，影響了序列的隨機性，使得混沌系統進入了飽和，嚴重影響輸出序列的隨機性的問題，提出一種混沌隨機數發生器及發生方法，能夠保證混沌隨機數發生器的穩定性和輸出序列的隨機性。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種混沌隨機數發生器，包括：隨機源產生電路和后處理電路；

所述隨機源產生電路，用于通過多路混沌隨機源產生多路初始隨機源，并將多路初始隨機源數字化后進行異或疊加生成初始隨機數且輸出至后處理電路；其中，每一路混沌隨機源至少包括多個混沌映射單元，采用鏈式環形電路結構，且通過混沌映射單元中設置的三維混沌映射電路，獲取一路初始隨機源；

所述后處理電路，用于對初始隨機數進行檢測、運算與串并轉換處理后，輸出最終隨機數序列；

所述三維混沌映射電路基于三維混沌隨機數方程實現，所述三維混沌隨機數方程為：