[实用新型]一种嵌入式真随机数服务器

说明书

技术领域

本发明涉及一种真随机数服务器，特别是一种嵌入式真随机数服务器。

背景技术

要想获得高质量的真随机数，必须要有一个足够混乱无序的熵池，目前常采用下面几种方案获得真随机数：

以各种自由振荡电路噪音为熵池的方案：该方案利用电子振荡电路的不稳定性作为熵池，振荡电路结构可为各种自激振荡或多谐振荡器等形式；该方案所产生的真随机数质量依赖于自由振荡电路工作的稳定性，电子元器件参数的变化、电路外部环境如温度、湿度的改变都会直接影响振荡电路工作的稳定性，某些极端情况下振荡电路会停振导致真随机数发生器失效。

以电子电路热噪音为熵池的方案：该方借助电流通过阻性电子元件而产生的微弱电子噪音作为熵池；由于电路的热噪音信号比较微弱，作为产生真随机数的熵池需要使用放大器电路将热噪音信号放大，电路较复杂，且在低温环境下热噪音电平会降低，需要恒温电路辅助，电路总体结构较为复杂，影响整个系统的稳定性。

以核衰变、大气放电等自然现象为熵池的方案：该方案以各种自然界物理现象的随机性作为熵池，具有很好的随机性；但是利用自然现象作为随机数发生的熵池需要具备严苛的实验室环境，一般的机构和个人无法具备这种环境，因此该方案的适用面很窄。

以上现有方案，均为研究如何使用物理现象作为随机数熵池生成真随机数的方案，都存在熵池电路结构复杂、工作稳定性不好或运行条件要求较高无法普及的问题，而且现有方案均没有通过网络提供生成与传输真随机数服务的研究。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种嵌入式真随机数服务器，包括3个随机数熵池组成的2∶1硬件表决器电路、嵌入式系统芯片及以太网控制器与网络接口电路，还有为各部分电路提供相应规格电源的电源控制电路，这些电路组成了一个可为互联网用户提供高质量真随机数生成与查询服务的嵌入式真随机数服务器；所述3个随机数熵池由3组完全相同的电子噪音源组成，其原理为通过高压小电流反向击穿半导体PN结，以产生平坦功率谱的电子白噪音；采用触发可控的半导体PN结反向击穿，以载流子(电子与空穴)与晶体原子互相碰撞产生的电子白噪音信号作为熵池，实现低成本与高可靠性的物理性随机数发生器。

所述硬件表决器电路由3组完全相同的随机数熵池电路组成，模拟3人举手表决，采用少数服从多数的原则来增加随机数生成的随机性，避免单一熵池电路受到电源波纹干扰或各种辐射干扰导致产生的随机数有周期性。

嵌入式系统芯片(MCU)每次分别从各个随机数熵池电路中采集瞬时逻辑电位，并将3组数据进行2比1的表决，以少数服从多数的原则决定当前的真随机数位为0或1；然后，将每次生成的真随机数位按照顺序组合成一个字节(8位)的真随机数，并计算其CRC校验值，然后将真随机数和校验值封装成标准的网络数据帧，通过以太网接口传送给网络用户。数据帧格式如下：

基于UDP协议的查询指令帧格式包含两个部分，首先是以文本“ETRNS”为帧头，便于真随机数服务器识别查询指令数据包；第二部分为查询参数“GET”或“RDY”，分别对应查询真随机数与查询真随机数服务器状态两个操作；查询指令帧前后两个部分之间用文本“，”分隔；

基于UDP协议查询指令的返回数据帧格式包含两个部分，首先是返回真随机数的16进制值文本，第二部分为真随机数CRC8校验值的16进制值文本，数据帧第一部分与的二部分之间用文本“，”分隔。

UDP协议查询指令格式设计：

UDP协议查询返回数据格式：

此外，嵌入式系统芯片(MCU)内部运行有一个微型web服务器程序，供网络用户通过HTTP方式查询真随机数序列，同时也提供UDP协议数据包的查询方式。

本实用新型还提供一种基于真随机数服务器的分布式真随机数服务器云，其采用以真随机数提取真随机数的方式，随机从这些遍布世界各地的真随机数服务器中抽取真随机数组成真随机数序列，从宏观上将世界各地的真随机数服务器通过网络组成一个大熵池，实现真随机数序列在更大尺度的时空域内无规律和不可预测。

本实用新型提供的嵌入式真随机数服务器，系统结构完整、简单，应用门槛低，可靠性高，可生成高质量的真随机数；使用方法简单，便于在互联网上大量部署，可为互联网用户提供高质量真随机数的生成与查询服务。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1嵌入式真随机数服务器结构图

图2电源控制电路

图3单一熵池电路原理图

图4MCU电路原理图

图5以太网控制器电路原理图