[发明专利]一种真随机序列产生器

说明书

技术领域

本发明涉及一种抗饱和的真随机数发生器，特别地，涉及一种用于生成加密算法的密钥和智能卡等密码系统的初始化向量的抗饱和的真随机数发生器。

背景技术

随机数发生器分为真随机数发生器和伪随机数发生器两种。伪随机数发生器通过初始值和确定性算法产生随机数，其不可预测的程度取决于算法的复杂度，在计算能力不断提高的今天，已无法满足高安全性要求的应用需要。真随机数发生器则是利用真实世界的自然随机性，可以产生不依赖于任何计算性假设的随机数，是完全不可预测的，在加密应用领域内起到越来越关键的作用。

真随机数发生器的传统设计方法主要是通过直接或间接采样集成电路器件的热噪声或相位噪声以实现自然物理随机源。采样热噪声的方法需要处理极微弱的噪声信号，且易受系统环境影响，对电路精度要求很高，设计难度大。一般选用专门的外部组件或特殊硬件屏蔽电路干扰来获得理想的白噪声源，这种方法显然无法应用于嵌入式系统中。而采样相位噪声的方法一般通过全数字电路实现，虽然在SOC片上系统设计中很流行，但设计者无法控制实际电路的布局，因此不能用于客户定制的单元设计。

发明内容

本发明针对上述传统设计方法的不足，提供了一种性能优越的真随机序列产生器，它功耗低、面积小、稳定性高，且能得到均匀的、完全不可预测的高质量随机数序列。

为了解决上述技术问题，本发明提供的真随机序列产生器实现了一种对于初始状态值极端敏感的迭代运算电路。电路中的系统噪声对迭代值的轻微扰动，都将导致完全不同的演化过程，因此所产生的真随机序列是完全不可预测的，而且均匀度高，相关性小，分布性能好，可通过FIPS140-1的测试标准。同时为保证运算电路的输出不会被饱和状态值锁定，本发明中的抗饱和电路能根据运算结果对迭代值进行判断，发现离开正常迭代区间后，会暂时中断迭代计算，开启抗饱和计算，直至电路重新进入正常的工作状态。两种计算单元的工作由逻辑判断单元通过比较当前变量迭代值所属的取值区间，通过反相器、传输门和与门的布尔逻辑判断，输出计算单元所需要的控制信号。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明真随机序列产生器的结构框图

图2是本发明真随机序列产生器的计算单元的电路图

图3是本发明真随机序列产生器的逻辑判断单元的电路图

具体实施方式

下面根据附图详细说明本发明。

如图1所示，本发明的真随机序列产生器主要分为迭代计算单元、抗饱和计算单元和逻辑状态判断单元三个部分。迭代计算单元的主要作用是在每个时钟周期内根据非线性表达式产生一位随机位，抗饱和计算单元的作用是将迭代点的状态从饱和态重新吸引回正常的迭代计算状态，而逻辑判断单元的作用是判断系统工作状态的所属阈值区间以选择相对应的参考电压值进行计算。