[实用新型]基于电阻噪声处理的真随机数发生器

说明书

技术领域

本实用新型属于真随机数发生器领域，具体涉及一种基于电阻噪声处理的真随机数发生器。

背景技术

在现代信息安全技术中，密码技术应用日益广泛，其中用于通讯双方加密、解密的密钥尤为关键，而密钥一般都是由随机数发生器(Random Number Generator，RNG)产生的。因此，随机数发生器的性能直接决定了密钥的安全性，亦即决定了密码系统的安全性。

随机数发生器可分为伪随机数发生器(PRNG)和真随机数发生器(TRNG)。伪随机数是由种子和一定的数学算法产生的，其序列周期长度有限，随机性较差，是可以预测的，一般应用在安全性不高的场合；真随机数是由物理方法产生的，选取了真实世界的自然随机性，因而具有随机性好，不可预测等优点，被广泛应用于信息安全领域。

目前真随机数发生器的实现方案一般有三种：直接放大法、振荡采样法、离散时间混沌法。直接放大法主要利用了电路中的物理噪声，但其易受到开关噪声、衬底耦合、串扰等非理想因素的影响，使其随机性大大降低；离散时间混沌法利用混沌电路的不可预测性及对初始条件敏感的依赖性产生随机数，但其对确定性噪声不敏感，响应时间较长；振荡采样法通过D触发器把两个独立的振荡信号进行数字混合，但要获得较好的随机性，要求采样时钟具有较大的相位噪声。

本实用新型提供一种真随机数发生器，它通过引入电荷泵的设计，极大的降低了耦合、串扰等非理性因素的影响，通过提取噪声信号驱动压控振荡器(VCO)的结构生成具有较大相位噪声的振荡信号，并运用后处理算法进一步增强了系统的随机特性。

实用新型内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本实用新型的目的在于提供一种极大降低耦合、串扰等非理性因素影响的基于电阻噪声处理的真随机数发生器。

为此，本实用新型是通过下述技术方案来实现的：

一种基于电阻噪声处理的真随机数发生器，其改进之处在于：该发生器包括第一时钟源、第二时钟源、采样器、后处理单元、偏置电路和电源管理单元，所述第一时钟源和第二时钟源的输出端均与采样器的输入端相连，所述采样器的输出端与后处理单元相连，所述电源管理单元与偏置电路的输入端相连并为整个发生器供电，所述偏置电路的输出端与第二时钟源相连。

本实用新型较优选的技术方案为：所述第一时钟源包括缓冲器和环形振荡器，所述环型振荡器与缓冲器的输入端相连，所述缓冲器的输出端与采样器的输入端相连。

本实用新型更优选的技术方案为：所述第二时钟源包括噪声源、处理单元、压控振荡器和偏置电路，所述噪声源包括第一噪声源和第二噪声源，所述处理单元包括第一缓冲放大单元、第二缓冲放大单元、电荷泵和滤波器，所述第一噪声源经过第一缓冲放大单元进行幅度放大后进入电荷泵的UP端口，所述第二噪声源经过第二缓冲放大单元进行幅度放大后进入电荷泵的DN端口，所述电荷泵的输出端与压控振荡器相连，电荷泵与压控振荡器之间连接有一滤波器，所述偏置电路的输出端与压控振荡器相连，所述压控振荡器的输出端与采样器的输入端相连。

本实用新型更优选的技术方案为：所述后处理单元采用48位线性反馈移位寄存器。

本实用新型更优选的技术方案为：所述第一时钟源、第二时钟源、采样器和后处理单元之间采用保护环进行隔离处理。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型中，采用基于电阻噪声的产生机制，实现了真随机数发生器；

2、本实用新型中相位噪声较大的第二时钟源对较高频的第一时钟源进行采样，实现了较好的随机特性；

3、本实用新型通过采用保护环将整个发生器进行了合理的布图设计，减小了耦合、串扰等非理想因素的影响，减小了所生成随机数与外界因素的相关性，增大了其与电阻噪声的相关性，提高了随机特性；

4、本实用新型中的第二时钟源通过对两路电阻噪声信号处理的方式消除了耦合带来的影响，提高了随机数的方差特性；

5、本实用新型中的后处理单元结构简单，非常适合于集成电路硬件实现，运行速度快，可产生具有良好统计性质的序列。

附图说明

图1是本实用新型发生器的整体结构示意图；

图2是本实用新型发生器的具体结构示意图；

图3是第二时钟源中处理单元的结构示意图；

图4是电荷泵的原理图；

图5是后处理单元的原理图；