[发明专利]一种高温耐抗性的真随机数发生器和真随机数生成方法

权利要求书

1.一种高温耐抗性的真随机数生成方法，其特征在于，包括：APD模块产生隧穿电学特征信号；驱动模块同步驱动加热恒温模块对APD模块进行加热处理，将APD模块工作温度提升恒定于APD模块允许的高温临界值；反馈模块跟随APD模块温度变化对系统状态参数进行检索，对电压临界值进行逐点比对扫描；反向偏置电压模块接收所述反馈模块扫描锁定的电压临界值信号并驱动APD模块产生因量子隧穿效应而生成的电学特征信号；信号甄别采集模块按照隧穿电信号与总暗电流信号脉冲是否存在过冲信号为甄别依据，在高温状态下对输出的电学特征信号进行甄别、采集、计数，并编码转化为多进制或二进制随机数序列；数据传输模块对等待输出的随机数序列插入散列消息鉴别码序列HMAC算法进行处理。

2.如权利要求1所述的高温耐抗性的真随机数生成方法，其特征在于，所述APD模块正常工作时的反向电压接近其反向击穿电压，APD模块的击穿电压拐点与温度呈正比关系，当温度升高时，拐点电压升高，故击穿电压拐点作为产生隧穿效应的指标值。

3.如权利要求1所述的高温耐抗性的真随机数生成方法，其特征在于，所述产生隧穿电学特征信号还包括验证特征信号是否符合随机性统计检测的真随机数，其方法为：根据紧束缚近似理论，不同原子发生能级转换是独立的同分布，以及总事件的统计数据遵循伯努利分布，即两点分布或0-1分布：根据量子不确定性原理，以及得出的隧穿电信号产生是一个同分布事件，又可以认为服从泊松分布：结合前两个公式，其中，n₁为转换到导带的电子数量，N₁为在价带顶部的全部电子数量，p₁为k个电子的转换概率，那么存在:因此，当n0时：p＝P_λ(n0)＝1-e^-λ；所述概率p为产生隧穿电信号的概率，存在一个λ使得p＝0.5，即产生隧穿电信号的概率为50％，服从均匀分布。

4.如权利要求1所述的高温耐抗性的真随机数生成方法，其特征在于，所述临界值大于等于50℃。

5.如权利要求1所述的高温耐抗性的真随机数生成方法，其特征在于，所述反馈模块以APD模块反向电流的斜率突变70％作为拐点临界状态的判定依据，对电压临界值进行逐点比对扫描，锁定该值并反馈至系统内核。

6.如权利要求1所述的高温耐抗性的真随机数生成方法，其特征在于，所述反向偏置电压模块在电压临界值的电压基础上对APD模块耦合施加窄脉宽的门电压，产生超过Vbias的瞬时电压，以激励APD模块工作在“盖革”模式下，缩小价带与导带之间的带隙，驱动所述APD模块产生因量子隧穿效应而生成的电学特征信号。

7.如权利要求1所述的高温耐抗性的真随机数生成方法，其特征在于，所述信号甄别采集模块利用ECL逻辑输出高速比较器对信号的幅度差达到比较器比较门限进行比较，在高温状态下对所述输出的电学特征信号进行甄别、采集、计数。

8.如权利要求1所述的高温耐抗性的真随机数生成方法，其特征在于，所述数据传输模块对等待输出的随机数序列插入散列消息鉴别码序列HMAC算法进行处理，通过硬件电路接口实现对随机数序列的单向物理隔离输出，避免反向通路的建立，降低网络攻击的风险。

9.一种高温耐抗性的真随机数发生器，其特征在于，包括：APD模块(1)、驱动模块(2)、加热恒温模块(3)、反馈模块(4)、反向偏置电压模块(5)、信号甄别采集模块(6)和数据传输模块(7)；所述APD模块(1)、加热恒温模块(3)、反馈模块(4)、反向偏置电压模块(5)、信号甄别采集模块(6)和数据传输模块(7)依次连接，驱动模块(2)分别连接APD模块(1)、加热恒温模块(3)和反向偏置电压模块(5)；所述APD模块(1)用于生成隧穿电学特征信号；驱动模块(2)用于提供驱动电能；加热恒温模块(3)为三极管加热恒温模块(3)，用于对为APD模块(1)进行加热处理并使APD模块(1)F模块温度恒定；反馈模块(4)为自检扫描反馈模块，用于对电压临界值进行逐点比对扫描，锁定该值并反馈；反向偏置电压模块(5)用于对APD模块(1)施加窄脉宽的门电压和反向偏置电压；信号甄别采集模块(6)用于对电学特征信号进行甄别、采集、计数，并进行进制转化为随机数序列；数据传输模块(7)为数据单向传输模块，用于实施单向物理隔离的传输机制，从电路上保障数据是单向输出。