[发明专利]一种基于肖特基结的真随机数发生器

说明书

本发明公开了一种基于肖特基结的真随机数发生器。所述真随机数发生器包括采样电路，所述采样电路中包括四个肖特基结，四个肖特基结以交流整流电桥的方式连接，其中一对桥臂的连接点用于接电源，另一对桥臂的连接点接输出检测电路，所述输出检测电路包括运算放大器，四个肖特基结产生的双通路噪声信号接入运算放大器，所述运算放大器输出的脉冲信号作为随机数的采样信号。本发明基于肖特基结的真随机数发生器，只需四个肖特基结及一个简单的桥式电路和运放，设计简洁，制作成本低，而且能生成随机性指标较好的随机数序列，与CMOS工艺兼容且易于制造流片。

技术领域

本发明涉及信息安全技术领域，特别是涉及一种基于肖特基结的真随机数发生器。

背景技术

在科学技术日益进步的今天，对高质量随机数的需求比以往任何时候都更加迫切。随机数主要被用于计算机密码学，例如，在计算机和设备的网络中，每个单独的加密连接都需要消耗随机数。可以说，随机数几乎是所有安全计算机系统的基础。因此，产生高质量的随机数至关重要。

为了实现上述的目标，人们设计了一系列的随机数发生器(Random NumberGenerator，RNG)。

现今，随机数发生器分为两类，伪随机数发生器(PRNG，pseudo random numbergenerator)和真随机数发生器(TRNG，true random number generator)。伪随机数发生器依赖于确定的数学算法，由原始输入的种子来产生随机数序列。所以伪随机数的风险是，种子一旦丢失就很容易被破解算法，从而产生安全隐患。而真随机数发生器一般根据物理现象，例如热噪声，随机电报噪声等生成高熵随机序列，相对于伪随机数在本质上是统计性随机的。

目前，TRNG有多种实现方法，主要有以下几种：

(1)根据两个二极管的雪崩噪声搭建电路的随机数发生器，雪崩噪声是pn结中由齐纳或雪崩击穿产生的一种噪声。比如，公开号为CN104216678A的发明申请公开了一种无偏真随机数发生器，包括APD模块、雪崩信号甄别整形放大模块、时间数字转换模块和编码器模块，通过对所述APD模块产生的电子学脉冲进行编码，生成随机序列。

(2)利用Ag∶SiO₂扩散忆阻器中阈值切换的随机延迟时间来制作TRNG，主要依赖于扩散忆阻器的忆阻层中金属原子的随机扩散。比如，公开号为CN111338602A的发明公开了一种用于随机计算的比特流生成器及生成方法，利用忆阻器阻变过程自身的随机性涨落作为物理随机源生成真随机数，再结合数字比较器，将二进制数转化为代表概率的随机比特流用于随机计算。

(3)使用热载流子注入的方法来制作真随机数发生器，其基于使用受控热载流子注入来平衡亚稳态区域中的双稳态读出放大器。比如，公开号为CN110806852A的发明。

(4)在FPGA上利用基于高速人工神经网络的方法实现真随机数。比如，公开号为CN105867877A的发明公开了一种基于FPGA的真随机数发生器，它包括振荡环电路、多抽头的信号延迟链、触发器阵列，逻辑异或电路以及后处理电路。振荡环电路产生的时钟信号馈入到信号延迟链，触发器阵列在一系统时钟的控制下对延迟链的各抽头电平状态进行采样，所有触发器的采集结果进行逻辑“异或”处理，并送入后处理电路，后处理电路的输出就是所产生的二进制真随机数序列。

但以上方法不仅需要FPGA、扩散忆阻器等大型板级硬件设备，还需要设计复杂的熵源电路。其设备要求高、制作工序复杂，并且不适用于集成在芯片上。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本申请提供了一种基于肖特基结的真随机数发生器。