[发明专利]用于产生随机数的方法和装置

说明书

本发明涉及用于产生随机数的方法。介绍了一种用于产生随机数的方法和装置（10）。在所述方法中，在具有奇数数目的进行反相的元件的环形振荡器（12，120，202）上在至少两个采样点（22，24，26）上分接值，其中在至少两个直接相继的采样点（22，24，26）之间分别有奇数数目的进行反相的元件。

技术领域

本发明涉及一种用于产生随机数的方法和一种用于执行该方法的装置。

背景技术

对于许多应用都需要被称作随机元件的结果的随机数。为了产生随机数采用所谓的随机发生器。随机发生器是提供随机数序列的方法。随机数的决定性准则是生成的结果是否能被视为与以前结果无关。

例如，对于加密方法需要随机数。例如使用随机数来生成加密方法的密钥。对这种密钥提出了关于随机特性的高要求。因此，伪随机数发生器（pseudo random numbergenerators PRNG，例如通过LFRS（linear feedback shift register（线性反馈移位寄存器））来表示）并不适于此目的。只有真随机数的发生器或TRNG（true random numbergenerator）满足所提出的要求。在该真随机数发生器的情况下，自然地利用噪声过程，以便获得不可预测的结果。常见的是如下噪声发生器：所述噪声发生器利用电阻或者半导体的热噪声或势垒上（例如pn结上）的散粒噪声。另一可能性是利用同位素的放射性衰变。

“常规的”方法使用模拟元件、譬如电阻作为噪声源，而近年来常常采用数字元件、譬如反相器。这些元件具有电路布局方面低开销的优点，因为这些元件作为标准元件存在。

例如，公知的是采用环形振荡器，所述环形振荡器是电子振荡器电路。在所述环形振荡器的情况下，奇数数目的反相器被联接成一个环，由此形成具有固有频率的振荡。固有频率在此与该环中的反相器的数目、反相器的特性、联接的条件（即线路电容）、工作电压和温度有关。通过反相器的噪声形成相对于理想的振荡器频率的随机相移，其被用作TRNG的随机过程。要注意的是，环形振荡器独立地振荡并且不需要外部部件、譬如电容器或者线圈。

利用随机中的问题通过如下方式形成：环形振荡器必须尽可能在所期望的理想边沿附近被采样，由此获得随机的采样值。为此，在Bock，H.、Bucci, M.、Luzzi, R.的公开文献：An Offset-compensated Oscillator-based Random Bit Source for SecurityApplications（CHES 2005年）中表明了一种可能性：如何通过采样时刻的被调节的移位而始终在振荡器边沿附近进行采样。

由出版文献EP 1 686 458 B1公知一种用于借助环形振荡器来产生随机数的方法，其中提供第一信号和第二信号，其中第一信号通过第二信号以被触发的方式被采样。在所描述的方法中，对环形振荡器进行多次采样，其中始终仅仅利用不可逆的延迟、即偶数数目的反相器作为延迟元件。在此，振荡器环从起点开始总是在偶数数目的反相器之后同时或者相互延迟地被采样。由此，可以省去采样时刻的移位；代之以分析多次的采样信号。

另一可能性在于使用多个环形振荡器，如例如在Sunar, B.等人的公开文献：AProveable Secure True Random Number Generator with Built In Tolerance toActive Attacks（IEEE Trans. on Computers，2007年1月）中被阐述的那样。在这种情况下，不同环形振荡器的多个采样值彼此链接并且被分析。当满足实现方案中的相对应的前提时，以这种方式可以实现良好的随机值。可惜，所需的XOR逻辑运算不能以所要求的高频率工作，并且多次的环形振荡器由于在芯片上的衬底耦合而并非彼此无关，这些环形振荡器可能在频率方面互相关联，这也许是无害的，但是也在相位方面互相关联，由此也许并不能实现所产生的随机数的所期望的品质。