[发明专利]一种伪随机数生成器

说明书

技术领域

本发明涉及随机数密码学，且特别涉及一种基于m序列的伪随机数生成器。 

背景技术

随机数在密码学和安全信息系统中有着广泛的应用，随机数生成器有真随机和伪随机之分。实际上，伪随机数生成器产生的随机数并不是真的随机，且具有周期性，也就是说，其产生的随机数序列总会产生重复，不过如果产生器的周期足够长（至少要远远大于可能采集的随机数的长度），那么这个随机数生成器产生的局部的随机序列也就和真随机序列看起来没有什么区别了。由于伪随机序列具有预见的可确定性、可重复产生和易于设计等特点，在数据传输的误码测试中被广泛采用。伪随机序列的良好统计特性体现在序列中两种元素“0”和“1”的个数几乎相等，若把n个同种元素连续出现叫一个长度为n的游程，则序列中长度为n的游程比长度为n+1的游程多一倍，同时伪随机序列具有类似白噪声的自相关函数。所以用伪随机序列作为通讯的测试信号测得的结果能正确反映传输质量水平。 

m序列又叫做伪随机序列、伪噪声码或伪随机码。可以预先确定并且可以重复实现的序列称为确定序列；既不能预先确定又不能重复实现的序列称随机序列；不能预先确定但可以重复产生的序列称伪随机序列。它是目前广泛应用的一种伪随机序列，其在通信领域有着广泛的应用，如扩频通信，卫星通信的码分多址，数字数据中的加密、加扰、同步、误码率测量等领域。 

随着计算机技术和半导体集成技术的日益发展，利用硬件来构建真随机数生成器已经逐渐成为新的发展方向。目前世界上已经有一些真随机数产生器。这种利用电路热噪声的随机噪声一般是规定一个鉴别阈值，对物理噪声源进行采样，若采样信号大于阈值，则输出1（或0），反之输出0（或1）。这种方法的缺陷是由于物理噪声源会时刻受到外界环境的影响而变化，使其产生的随机序列稳定性和均匀性不好控制，而且真随机数产生器通常是要求 条件苛刻，造价昂贵，不易普及。 

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种基于m序列的伪随机数生成器，用于提高随机数生成的效率和稳定性。 

本发明提供了一种伪随机数生成器，包括：晶振模块（1），可编程存储器（2）、可编程门阵列模块（3）和数模转换器模块（4）； 

该晶振模块（1）用于产生预设频率的时钟； 

该可编程存储器模块（2）用于控制和调用可编程门阵列模块（3）内部的逻辑门电路，以向该可编程门阵列模块（3）下发指令； 

该可编程门阵列模块（3）用于以晶振模块（1）产生的时钟作为输入；并接收该可编程存储器模块（2）下发的指令，根据预设的m序列的本原多项式，生成该m序列所对应的数字信号； 

该数模转换器模块（4）用于将可编程门阵列模块（3）输出的数字信号转化为模拟信号并输出，以作为随机数源。 

该可编程门阵列模块包括：12个m序列等几率随机单元（31）及一个高斯生成单元（32）； 

每个m序列等几率随机单元（31）产生该m序列的对应的数字信号，且各m序列等几率随机单元（31）产生的m序列的初值不同； 

各该m序列等几率随机单元（31）输出至该高斯生成单元（32），由该高斯生成单元（32）对各该m序列等几率随机单元（31）进行随机源的高斯统计分布。 

该可编程门阵列模块（3）采用串行或十六位并行输出的方式输出数字信号。 

该数模转换器模块（4）用于将可编程门阵列模块3输出的每12位的串行数字信号转换成模拟信号，且该12位数字信号由该12个m序列等几率随机单元（31）分别输出的一位所构成。 

该数模转换器模块（4）的输出端还与示波器连接，以通过该示波器进行调试和演示。 

该数模转换器模块（4）的输出端还与多道分析仪连接，以通过该多道分 析仪对数模转换器模块（4）的输出信号的幅度进行统计，以得到等几率分布图和高斯分布图。 

本发明的生成器通过硬件来构建伪随机数生成器，其优点是产生的随机序列稳定性好，均匀性强，且基本不受外界影响，抗干扰能力强，且信号产生速率较快且可控，能随时改变随机数的随机性，控制输出形式，在信息安全领域具有很高的实用性。 

附图说明

图1为本发明的伪随机数生成器的结构示意图。 

图2所示为本发明的m序列的生成框图。 

图3所示为m序列等几率随机单元31和高斯生成单元32的结构示意图。 

具体实施方式