[发明专利]基于双环耦合振荡电路的真随机数生成器

说明书

本发明公开了一种基于双环耦合振荡电路的真随机数生成器，主要解决现有技术中真随机数发生器输出速率低和安全性差的问题。其包括振荡电路和采样逻辑电路。该振荡电路包括四个异或门XOR和四个同或门XNOR，每个异或门和每个同或门均有三个输入端口和一个输出端口，且均有两个左邻居，每个异或门和每个同或门其第一个输入端口与一个左邻居的输出端口连接，第二个输入端口与另一个左邻居的输出端口连接，第三个输入端口与自身的输出端口连接。该采样逻辑电路，利用D触发在时钟上升沿和下降沿分别对振荡电路中的前、后四个异或门进行采样，输出速率为100M以上速率的真随机数，本发明安全性高、结构简单，可应用于信息安全领域。

技术领域

本发明属于数字电路技术领域，尤其涉及一种真随机数生成器，可用于保密通讯。

背景技术

随机数对于密码学有着至关重要的作用，在各种保护数据的加密技术中尤其重要。现有的许多软件算法都可以生成伪随机数，但其不可预测性很难保证，在一些安全性要求较高的应用程序中，伪随机数已经不能很好地满足其要求了。为了生成真随机数，许多研究将模拟的噪声源作为外部随机源来构造真随机数生成器。

李申、赵建领、王超、瞿光杰吴令安、张峰的专利(专利公开号：CN102637122B)基于物理噪声的奇偶性生成真随机数的方法及其系统，发明了一种对物理噪声产生的信号进行模数转换，再根据数字的奇偶性来生成随机比特。

刘小灵、乔爱国、齐凡、谢韶波的专利(专利公开号：CN102693119B)一种真随机数产生电路及信息安全芯片，通过对随机噪声信号进行调制生成混合噪声信号，再滤除其中的直流分量来得到高频随机噪声分量，生成与之对应的真随机数。

李树国、王虎森、李丽娟的专利(专利公开号：CN103049242A)数字式真随机数发生器，利用由时钟控制的全数字电路产生随机数，再对随机数进行偏置矫正得到真随机数。

王骞、张东来、张华的专利(专利公开号：CN103066956B)一种真随机数三角波发生方法及装置，将多个高频振荡器产生的振荡信号进行同步异或，再用得到的信号控制三角波发生器生成真随机数。

上述这些方法由于使用外部环境的随机源且使用相关性很强的振荡环信号，因而均存在攻击者可以通过影响噪声源对生成器进行操控的问题，从而影响保密通信的安全性且生成真随机数速率低。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于双环耦合振荡的真随机数生成器，以保正保密通信的安全性，减小振荡环信号相关性，提高生成真随机数的速率。

为实现上述目的，本发明包括：

振荡电路和采样逻辑电路，该振荡电路，由若干数字逻辑门构成，用于产生具有随机相位偏移的随机振荡信号；该采样逻辑电路，用于对振荡电路产生的随机振荡信号进行采样，将连续的随机信号转化为离散的随机序列进行输出，其特征在于：

所有的数字逻辑门，包括M/2个异或门XOR和M/2个同或门XNOR，其中M为不小于6的偶数；这些异或门XOR和同或门XNOR均有三个输入端口和一个输出端口；

每两个位置相同的异或门和同或门均有相同的两个左邻居，即第i个异或门XOR_i和第i个同或门XNOR_i有相同的第(i-1)mod(M/2)个异或门XOR_{(i-1)mod(M/2)}和第(i-1)mod(M/2)个同或门XNOR_{(i-1)mod(M/2)}，其中i为1到M/2的整数；

对于每个逻辑门，其第一个输入端口与其一个左邻居的输出端口连接，第二个输入端口与另一个左邻居输出端口连接，第三个输入端口与自身的输出端口连接。