[发明专利]一种真随机数发生器和真随机数发生方法

说明书

本发明实施例公开了一种真随机数发生器和真随机数发生方法。多个环形振荡器电路以阵列方式排布，且能够通过随机数统计分析电路分析随机数序列并反馈分析结论至配置选择电路，配置选择电路根据随机数统计分析电路的分析结论，发送控制信息调整真随机数发生器的配置。通过实施本发明实施例，在不增加后端布局布线难度的情况下，能够自动调节真随机数发生器配置，生成高质量的随机数序列，效率高。

技术领域

本发明涉及信息安全技术领域，尤其涉及一种真随机数发生器和真随机数发生方法。

背景技术

真随机数普遍应用于密码运算场景。产生真随机数需要使用真随机数发生器。和伪随机数发生器不同的是，真随机数发生器需要使用物理噪声源。目前最常用的物理噪声源之一是使用环形振荡器环形振荡器，用采样时钟采样环形振荡器的输出。受到外界噪声的影响，环形振荡器产生的波形存在抖动，数字化处理后即可产生真随机数。由于单路环形振荡器输出的熵比较低，通常会使用多路环形振荡器采样，以增加输出的熵。

环形振荡器通常使用反相器进行搭建。在使用设计中，为了方便后端布局布线，多路环形振荡器会采用相同反相器数量，即多路环形振荡器的周期较为接近。当周期比较接近的不同环形振荡器环进行震荡时，可能会出现部分环形振荡器频率互锁的情况，导致互锁的环形振荡器相位差稳定，输出结果异或处理后不产生随机效果。一般处理这个问题的方法是，在布局布线时手动将环形振荡器分散在芯片的各个部分，但这增加了后端布局布线的难度。

此外，现有设计中，若产生的随机数序列无法达到要求，则需设计人员重新规划设计，以增强熵，改善随机数序列的质量，效率低下，缺乏自动调节的手段。

发明内容

本发明实施例提供一种真随机数发生器和真随机数发生方法，在不增加后端布局布线难度的情况下，能够自动调节真随机数发生器配置，生成高质量的随机数序列，效率高。

一方面，本发明实施例提供一种真随机数发生器，包括：依次连接的配置选择电路，环形振荡器电路阵列，时钟采样阵列，异或电路，随机数统计分析电路；所述随机数统计分析电路的反馈输出端与所述配置选择电路的输入端连接；其中，所述环形振荡器电路阵列，包括多个环形振荡器电路；所述时钟采样阵列，包括与所述多个环形振荡器电路所对应的多个触发器；所述多个触发器用于以根据采样时钟分别对多个环形振荡器电路的信号进行采样；所述采样时钟受所述配置选择电路控制；所述异或电路，用于将所述时钟采样阵列的采样结果进行异或运算，并将运算产生的随机数序列发送至随机数统计分析电路；所述随机数统计分析电路，用于分析所述随机数序列并反馈分析结论至配置选择电路；所述配置选择电路，用于根据所述随机数统计分析电路的分析结论，发送控制信息调整所述真随机数发生器的配置。

可选的，所述分析结论，包含随机数序列质量信息；所述随机数统计分析电路还用于，若所述随机数序列质量信息符合预设要求，则输出所述随机数序列。

可选的，所述环形振荡器电路，包括：反相器链路和多路选择器；所述反相器链路，包括串联连接的奇数个反相器；所述多路选择器的控制端连接所述配置选择电路以接收所述配置选择电路的控制信息；所述多路选择器多个选择端分别连接至所述反相器链路的不同位置；所述多路选择器的输出端连接至所述反相器链路的末尾；所述多路选择器的使能关闭端置空；从而与所述反相器链路构成环形振荡器电路的回路。

可选的，所述配置选择电路，根据所述随机数统计分析电路的分析结论，发送控制信息调整所述真随机数发生器的配置，包括通过以下方式中的至少一种：发送数量控制信息至所述环形振荡器电路阵列中的多路选择器，以控制所述多个环形振荡器电路的开启数量；发送长度控制信息至所述环形振荡器电路阵列中的多路选择器，以控制所述多个环形振荡器电路的长度；发送时钟控制信息至所述时钟采样阵列，以调整采样时钟。

可选的，真随机数发生器还包括后处理电路，用于对输出的所述随机数序列进行后处理。