[发明专利]一种提高输出序列随机性的粗粒度校正方法

说明书

本发明公开了一种提高输出序列随机性的粗粒度校正方法，涉及网络信息安全领域，包括随机数发生器，所述随机数发生器包括充电管，所述充电管为可配置充电管，还包括，步骤1：采用可配置充电管对随机源进行粗粒度校正步骤2：生成输出序列，检测输出序列的随机度；所述可配置充电管均由一个主充电管和n个具有不同权重的配置管并联构成；所述粗粒度校正具体包括，调节随机数发生器两侧充电电流的大小，使两侧充电电流相等，使用可配置的充电管通过粗粒度校正消除各种非理想因数对输出序列随机性的影响，并通过每次校正导通或关断一个相应配置管，以降低连续出现0或1的情况的概率，使得系统处于平衡状态。

技术领域

本发明涉及网络信息安全领域，尤其涉及一种提高输出序列随机性的粗粒度校正方法。

背景技术

随着互联网的蓬勃发展以及云计算、云存储等概念的产生，网络信息安全显得越发重要.众多的加密算法和安全协议均基于随机数，使得随机数发生器在网络通信安全中扮演了越来越重要的角色。

真随机数的产生依据自然物理现象，根据实现方法的不同，可将真随机数发生器分为离散混沌TRNG、振荡器采样TRNG和热噪声TRNG三种，离散混沌TRNG基于非线性系统的混沌理论，设计中使用了复杂的开关网络电路，常常无法兼顾高速和低功耗。振荡器采样TRNG将噪声源转换为高频环形振荡器的相位抖动，并使用低频时钟进行采样，其缺点是随机性不足，需要引入额外的噪声和扰动以增加输出序列的随机性。热噪声TRNG将电阻热噪声或MOS管沟道热噪声作为随机源直接放大，应用最为广泛。典型的方式是采用高增益高带宽的差分放大器放大一对大电阻的热噪声，并用模数转换器将结果采样量化。随着工艺尺寸的下降，高增益高带宽放大器的设计愈发困难，且放大器失调、衬底耦合噪声等非理想因素将影响系统输出的随机性。

本发明主要涉及RNG-1的数字物理噪声源电路，RNG-1是一款数字物理噪声源电路，用于产生真随机数序列，是信息安全及密码产品中不可缺少的基础部件，如：会话密钥、装置密钥的生成以及安全协议中的随机数、各种初始向量的设置等，都必须使用真随机序列，它们在通信、测量、声学等其它领域也有广泛用途。

RNG-1物理噪声源可以和CPU、E2PROM一起组成应用系统。它被广泛用于信息安全中的密钥管理，即产生密钥、存储密钥和更新密钥。系统中物理噪声源输出的序列具有良好的随机性。系统中CPU用于产生物理噪声源和E2PROM芯片的控制信号，E2PROM在CPU的控制下，用于存储物理噪声源芯片输出的随机序列。E2PROM具有可多次擦写的性能，使本系统可以方便地进行多次密钥产生和存储操作，从而实现密钥更新功能。本系统可实现一次一密的密钥管理。可用于军事信息传送和网络信息传送的密钥管理，也可用于制造密码锁等。

其产品指标及电特性参数如下：工作电压：3.3V(±10％)，5V、3.3V自适应。采样频率：≤20MHz。输出速率：≤20Mbps。动态特性：CLK-DATA传输延时：≤15ns；DATA输出转换时间：≤15ns；输出允许时间：≤10ns；输出禁止时间：≤10ns。功耗：工作电流≤20mA；休眠电流≤300μA。温度范围：工作温度范围：-40℃～85℃；存储温度范围：-55℃～125℃。其芯片管脚分布图如图1所示，各管脚的引脚说明如下表所示：

表1引脚说明

其典型应用包括，如图2所示，在测试及应用时，在芯片的正电源VDD端应连接一个串联电阻，以保护电路，同时建议接一个约为0.1uf左右的旁路电容，以便对电源去耦。

该真随机数发生器的核心电路如图3所示，为基于热噪声的真随机数发生器典型结构。它主要由热噪声源、放大器、比较器三部分组成。由于放大器存在输入失调、有限带宽、衬底耦合、电源电压扰动以及温度变化等非理想因素，在实际电路中需要加入反馈环和后处理模块来增加输出序列的随机性。由于热噪声的幅度小，需设计高增益的放大器，这无疑增加了电路的设计难度，且占据了系统大部分的功耗。要想获得较大的增益，除采用高增益放大器之外，还可使用正反馈结构。