[發明專利]基于電阻熱噪聲的多值隨機數發生器

在審

• 申請號: 202011486229.2
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112486456A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 王天;劉春博;吳海霞;王興華;王瑞;蔣心淳;季柏霖
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G06F7/58
• 分類號: G06F7/58
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種基于熱電阻噪聲的多值真隨機數發生器，屬于密碼學及隨機數技術領域，包含多值真隨機數產生、判決、數據處理和譯碼器四個模塊；其中，隨機數產生模塊有PMOS管、第1、第2電阻；判決模塊有第1、第2比較器、第1D、第2D觸發器；數據處理模塊有異或門、第1、第2開關；譯碼器模塊有3選1單元。第1、第2電阻把噪聲信號傳給第1、第2比較器，第1、第2比較器把結果傳遞給第1、第2D觸發器，第1、第2D觸發器把結果傳給異或門和第1、第2開關，異或門把結果傳給第1、第2開關，第1、第2開關把輸出傳給3選1單元選擇3個電壓。所述發生器采用自然熵源，能有效生成多值真隨機數，更適用于復雜的密碼產生。

技術領域

本發明涉及一種基于熱電阻噪聲的多值真隨機數發生器，是一種可用于市場中的真隨機數發生器，該設計采用SMIC 0.18um的CMOS工藝，屬于密碼學及隨機數生成技術領域。

背景技術

大數據時代，市場的高度信息化使得密碼學在實際生活中的地位越來越高，而為了設計出安全加密的應用系統，隨機數的生成和隨機數發生器的種類成為密碼學領域的一個關鍵點。目前，市場中真隨機數發生器的種類不少，其中大多數為基于混沌和振蕩器采樣的真隨機數發生器，這類發生器對于工藝匹配度要求很高，較難實現。因此，為了追求更高的市場需求，本發明致力于設計出一款可以識別電阻熱噪聲的多值真隨機數發生器。在我國，關于這種多值真隨機數發生器的研究內容還較少，知識儲備不足。本設計采用的方法可以彌補國內對于基于熱電阻噪聲的多值真隨機數發生器知識儲備不足的問題。

與此同時，在密碼學領域，對于二值隨機數發生器的研究比較多，已有比較好的成果，但是對于多值隨機數發生器的研究還很少見。利用熱電阻噪聲的獨特性來產生隨機數可以更好地實現多值隨機數，從而達成設計出多值隨機數發生器的最終目的。

本設計采用的多值真隨機數發生器就是為了在某一特定工藝的基礎上，利用電阻工作時產生的熱噪聲，通過特定的電路結構對于此種噪聲進行識別，最終得到需要的多值真隨機數，并在隨機數后將結果進行一定處理，得到多值結果，實際應用到某些特定領域中去。

發明內容

本發明的目的在于克服現有真隨機數產生均通過人為熵源產生及現有真隨機數產生電路存在精度低以及功耗高的問題，提出了基于熱電阻噪聲的多值真隨機數發生器，識別自然噪聲源中的電阻熱噪聲，具體通過數字模塊，匹配NMOS管和PMOS管，能滿足對真隨機數發生器輸出的指標要求。

為達到上述目的，本發明采取如下技術方案。

所述基于熱電阻噪聲的多值真隨機數發生器，包含多值真隨機數產生模塊、判決模塊、數據處理模塊和譯碼器模塊；

其中，多值真隨機數產生模塊包括第1PMOS管、第2PMOS管、第1電阻以及第2電阻；判決模塊包括第1比較器、第2比較器、第1D觸發器和第2D觸發器；數據處理模塊包括異或門、第1開關和第2開關；譯碼器模塊包括3選1輸出單元；異或門包括A端、B端和輸出端；第1開關和第2開關均包含輸入端、控制端和輸出端；3選1輸出單元包括第1輸入端、第2輸入端、第3輸入端、第1控制位、第2控制位以及輸出端；

所述基于熱電阻噪聲的多值真隨機數發生器中各模塊的連接關系如下：