[发明专利]随机数生成装置和方法

说明书

本申请公开了一种随机数生成装置和方法，涉及硬件加密领域，用于稳定地产生随机数。随机数生成装置，包括：第一物理不可克隆函数PUF计算模块，包括第一阻变式随机存取存储器RRAM器件和第二RRAM器件，第一RRAM器件和第二RRAM器件的初始状态为高阻态；自适应分离电路，分别连接第一RRAM器件和第二RRAM器件，并用于向第一RRAM器件和第二RRAM器件施加写电压，以及，当检测到第一RRAM器件从高阻态切换到低阻态时，停止向第一RRAM器件和第二RRAM器件施加写电压；读电路，分别连接第一RRAM器件和第二RRAM器件，并用于根据第一RRAM器件的低阻态以及第二RRAM器件的阻态的差值获得第一随机数，其中，第二RRAM器件的阻态高于第一RRAM器件的低阻态。

技术领域

本申请涉及硬件加密领域，尤其涉及一种随机数生成装置和方法。

背景技术

当今，物联网(internet of things，IOT)终端节点(例如可穿戴设备、家用电器和各种传感器等)无处不在，这些终端节点的信息安全逐渐引起广泛关注，使得在实际应用中对关键信息进行加密的必要性越来越高。

加密密钥生成和存储的要求是：确保密钥不可预测，并具有唯一的随机源；具有能够可靠存储密钥的受保护的存储器。PUF技术能够同时满足上述对加密密钥的两个要求。然而，要获得一个高效可靠的PUF仍然是一个挑战。

如图1所示，为一种物理不可克隆函数(physical unclonable function，PUF)结构，包括第一晶体管11、第二晶体管12、第三晶体管13和第四晶体管14。第一晶体管11和第三晶体管13为选通管，当字线(word line，WL)置位时可以通过上述选通管来选通该PUF结构。第二晶体管12和第四晶体管14为随机源产生器件，在被施加高压时，这两个晶体管的栅氧层的断裂时间表现出一定的差异性，从而产生一位随机数，该随机数即可以作为加密密钥的一个比特位。例如，第二晶体管12的栅氧层断裂对应值为“1”的随机数，第四晶体管14的栅氧层断裂对应值为“0”的随机数。

上述PUF结构产生加密密钥之后不能被重新配置，即是一次可编程(one timeprogrammable，OTP)的，并且没有办法确保第二晶体管12和第四晶体管14中只有一个晶体管的栅氧层发生断裂，例如两个晶体管的栅氧层叠均断裂则会出现除了“1”和“0”以外的随机数，所以其产生随机数的稳定性不能保证。

发明内容

本申请实施例提供一种随机数生成装置和方法，用于稳定地产生随机数。

为达到上述目的，本申请的实施例采用如下技术方案：

第一方面，提供了一种随机数生成装置，包括：第一物理不可克隆函数PUF计算模块，包括第一阻变式随机存取存储器RRAM器件和第二RRAM器件，所述第一RRAM器件和所述第二RRAM器件的初始状态为高阻态。自适应分离电路，分别连接所述第一RRAM器件和所述第二RRAM器件，并用于向所述第一RRAM器件和所述第二RRAM器件施加写电压，以及，当检测到所述第一RRAM器件从所述高阻态切换到低阻态时，停止向所述第一RRAM器件和所述第二RRAM器件施加所述写电压。读电路，分别连接所述第一RRAM器件和所述第二RRAM器件，并用于根据所述第一RRAM器件的低阻态以及所述第二RRAM器件的阻态的差值获得第一随机数，其中，所述第二RRAM器件的阻态高于所述第一RRAM器件的所述低阻态。

本申请实施例提供的随机数生成装置，包括PUF计算模块、自适应分离电路以及读电路。PUF计算模块包括两个初始状态为高阻态的RRAM器件。自适应分离电路通过对这两个RRAM器件施加写电压，如果其中一个RRAM器件从高阻态变为低阻态，则停止对这两个RRAM器件施加写电压。然后读电路根据这两个RRAM器件之间阻态的差异性来得到一位随机数。由于不会存在两个RRAM器件之间阻态完全相同的情况，所以不会产生除了“1”和“0”以外的随机数，从而可以稳定地产生随机数。