[发明专利]随机数产生器

说明书

一种随机数产生器，包括地址产生器、静态乱数源、计数值产生器与处理电路。计数值产生器产生第一随机数。地址产生器产生地址信号。静态乱数源连接至该地址产生器以接收该地址信号，并产生第二随机数。处理电路连接至该静态乱数源与该计数值产生器，用以接收该第一随机数与该第二随机数。该处理电路对该第一随机数与该第二随机数进行逻辑运算后产生输出随机数。

技术领域

本发明是有关于一种随机数产生器(random number generator，简称RNG)，且特别是有关于一种运用物理不可复制技术(physically unclonable function，简称PUF技术)的随机数产生器。

背景技术

请参照图1A，其所绘示为已知随机数产生器示意图。随机数产生器100包括动态乱数源(dynamic entropy source)110。动态乱数源110可产生不可预测的(unpredictable)输出数据(output data)作为随机数(random number)。

动态乱数源110可利用本身的不确定性(uncertainty)来产生随机数。也就是说，动态乱数源110可产生一连串无法预测的逻辑0与逻辑1来作为随机数。

一般来说，图1A的随机数产生器100，其输出数据的随机度完全依赖动态乱数源110的品质。当动态乱数源110的品质不佳时，动态乱数源110会产生随机度不佳(badrandomness)的输出数据。

为了改善随机度不佳的情况发生。请参照图1B，其所绘示为已知另一随机数产生器示意图。随机数产生器150包括动态乱数源110、处理电路120以及健康测试电路(healthtest circuit)130。

动态乱数源110产生生成数据(generated data)并输入处理电路120。处理电路120再将生成数据进行运算后，产生输出数据作为随机数。基本上，处理电路120可以将生成数据进行特定演算法，并产生随机度较佳的输出数据作为随机数。举例来说，处理电路120可为安全散列算法电路(SHAcircuit)、高级加密标准电路(AES circuit)等等。因此，在随机数产生器150中，利用处理电路120对生成数据进一步处理后，可产生随机度较佳的输出数据。

另外，健康测试电路130接收动态乱数源110输出的生成数据，并对生成数据进行评估。当健康测试电路130判断出生成数据的随机度不佳时，健康测试电路130产生警告信号(alarm)。举例来说，动态乱数源110输出的生成数据中，逻辑1连续出现的数目过多时，健康测试电路130产生警告信号。或者，动态乱数源110产生的生成数据中，相同的图样(pattern)连续出现时，健康测试电路130也会产生警告信号。

由于图1A与图1B的随机数产生器100与150利用动态乱数源110来产生随机数，所以称之为真随机数产生器(true random number generator，简称TRNG)。

物理不可复制技术(physically unclonable function，简称PUF技术)是一种利用半导体芯片的制造变异(manufacturing variation)来获得独特的随机数。亦即，就算有精确的制造工艺步骤可以制作出半导体芯片，但是其随机数几乎不可能被复制(duplicate)。因此，具有PUF技术的半导体芯片通常被运用于高安全防护的应用(applications with high security requirements)。

美国专利号US 9,613,714公开一种具反熔丝晶体管型态存储单元(antifusetransistor type memory cell)的随机数产生器。由于反熔丝晶体管型态存储单元的制造工艺变异，对反熔丝存储单元进行编程动作(program)后，并无法预测反熔丝存储单元的存储状态，亦即无法预测反熔丝型存储单元中存储的逻辑电平。因此，反熔丝存储单元即可视为一种PUF存储单元。其中，编程动作又可称为注册动作(enrollment)。