[发明专利]用于真随机数生成器的自动控制系统和方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及随机数生成器，并且更具体地涉及随机数的生成，其适用于例如在电子系统中实施的加密处理和其他协议。

背景技术

随机数生成器(randomnumbergenerator，RNG)尝试生成值序列，这些值在数学上定义为随机的。存在两种形式的随机数生成器。通常使用的随机数生成器生成表面随机值序列，该序列实际上是确定的。这种随机数生成器被称为伪随机数生成器(pseudorandomnumbergenerator，PRNG)。伪随机数生成器依赖于第一值、种子值，从而基于第一值和种子值确定看起来随机并具有随机特征的序列。因为该过程本质上是数学过程，其相对较快并可以非常有效和可预见地在硬件中被实施。遗憾的是，伪随机数生成器产生影响它们的有用性的可预测结果。

以数字逻辑硬件实现的加密品质随机数生成器(RNG)通常针对它们的控制使用一组寄存器以及使用与系统的接口。加密系统中使用的数字的实际大小趋向于较大：16字节或32字节。现今使用的普通计算机处理器控制和数据路径的大小通常为1字节、2字节、4字节或8字节。因此，需要频繁地进行转换，以使RNG寄存器的大小适应控制处理器的实际大小。这经常会使用更多的寄存器空间。虽然宽总线善于快速地移动数据，但是它们在集成电路芯片或电路板上占据很大的面积。

此外，尽管伪随机数生成器(PRNG)的设计是确定的并容易针对算法进行验证，但是真随机数生成器(truerandomnumbergenerator，TRNG)不会这么容易被验证。如果发现TRNG不足，则整个电路或系统经常都会丧失其功用。这在需要许多随机数生成器的较大系统中意义重大。在这些系统中，每个PRNG在其关联电路附近容易被实施和被验证。但是，如果需要TRNG，则这会造成如果一个TRNG受损，则整个系统可能无法使用的缺点。即便如此，如果提供足够多的备用TRNG，则容纳接线以移动宽数据总线所需的面积就成为更关注的问题。

真随机数生成器(TRNG)是用于生成不确定数列的电路。为实现该目的，TRNG电路从物理噪声源获得其随机数据。遗憾的是，物理噪声源存在许多缺点。这些缺点包括当物理噪声源位于电路外部时的稳态问题、在采样事件之间划分间隔以确保随机特征以及制造偏差。例如，如果电阻器的温度被用作噪声源，则将电路放在非常热或非常冷的环境中可能产生趋向于一个值或另一个值的值序列。同样，如果依赖于电阻器的温度，则值读取之间必须留有时间，否则这些值将会彼此相关，这是因为热噪声信号不会有充足的时间以随机方式变化。这要归咎于这样的事实：在本质上，物理噪声过程的频谱通常是频带有限的或者固有地是低通的。同样类似地，如果在制造期间微小的变化导致电阻器总是稍热或稍冷，则值序列可能趋向于已知结果。难题在于，这些问题有时直到电路被制造出来之后才会出现。

加密系统中使用的随机数生成器(RNG)通常包括从不确定随机数生成器开始的一系列的RNG，该不确定随机数生成器也称为真随机数生成器(TRNG)，其从物理噪声源获得它的随机数据。然后，被称为种子的该数据被用作确定随机数生成器的输入数据，该确定随机数生成器的形式为伪随机数生成器(PRNG)，其为利用RNG组件的基于处理器的系统提供了更合适的接口。因此，根据TRNG过程确定种子值，该TRNG过程通常是缓慢的。然后，具有快速且可预测性能特征的PRNG提供变化的值序列以在加密过程中使用。PRNG通常使用来自TRNG的种子一段时间，或者PRNG通常产生输出值随机序列中一定数量的输出值。一旦有新的种子可用，利用来自TRNG的新输入值对PRNG重播种。再一次地，PRNG的性能和可预测性是可用的。

TRNG在被控制程序命令如此做时产生结果。TRNG的物理输入数据的统计属性和种子值的长度使产生新种子值所需的时间冗长且多变。

提供一种克服现有技术的部分缺点的TRNG是有利的。

发明内容

根据一个实施方式，提供了一种用于对伪随机数生成器重播种以生成伪随机数的系统。该系统包括生成真随机数的真随机数生成器，存储生成的真随机数的存储设备，使用存储的真随机数作为种子来生成伪随机数的伪随机数生成器，以及控制器，该控制器耦合至真随机数生成器和伪随机数生成器，用以(1)在伪随机数生成器运行的同时生成新的真随机数，并存储该新的真随机数以及(2)利用该新的真随机数对伪随机数生成器重播种。