[发明专利]真随机数发生装置及发生方法

说明书

本发明提供了一种真随机数发生装置及发生方法。所述发生装置包括控制模块、随机数发生模块和随机数读取模块；所述随机数发生模块包括自旋轨道矩层以及设于所述自旋轨道矩层上的多个磁隧道结；所述控制模块用于基于用户的随机数生成指令形成随机数生成信号；所述随机数读取模块用于基于所述控制模块传输的随机数生成信号向两个所述磁隧道结输入预设信号，基于所述预设信号的放电情况得到随机数输出信号，本发明可解决现有技术中真随机数发生器硬件开销大、工作频率受限和高功耗的问题。

技术领域

本发明涉及自旋电子和安全应用技术领域，尤其涉及一种真随机数发生装置及发生方法。

背景技术

真随机数发生器(True random number generator，TRNG)是硬件安全的核心电路之一，主要应用于密钥生成、数据加密和消息认证等方面。随着网络实体的爆炸式增长，硬件安全的应用场景也从电脑主机扩展到更加轻便、低成本、低功耗和高性能的手机、平板和可穿戴设备等产品。而且，网络数量和复杂性的持续增加对应用的安全性要求也日益提高。传统的安全电路主要由晶体管组成，创建了成功的安全基元和协议。但是，大多数现行的安全电路不仅速率慢，功耗大，硬件开销大，而且容易受到物理攻击，如辐射，无法满足当下物联网与大数据时代对于安全电路的高性能要求。

非易失性存储器的自旋电子器件具备低功耗、快速读写、集成度高、使用寿命长和便于3D集成等优点，且受辐射影响远小于晶体管，成为解决硬件安全的有效手段。但是，目前自旋电子器件在安全领域内的应用中，多数基于自旋电子器件形成的真随机数发生器均包含复杂的反馈电路或后处理电路，且每个随机数生成的工作周期都包含重置、随机写入和读出三个阶段，严重限制了真随机数发生器的工作频率与功耗效率的提升。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种真随机数发生装置，解决现有技术中真随机数发生器硬件开销大、工作频率受限和高功耗的问题。本发明的另一个目的在于提供一种真随机数发生方法。

为了达到以上目的，本发明一方面公开了一种真随机数发生装置，包括控制模块、随机数发生模块和随机数读取模块；

所述随机数发生模块包括自旋轨道矩层以及设于所述自旋轨道矩层上的多个磁隧道结；

所述控制模块用于基于用户的随机数生成指令形成随机数生成信号；

所述随机数读取模块用于基于所述控制模块传输的随机数生成信号向两个所述磁隧道结输入预设信号，基于所述预设信号的放电情况得到随机数输出信号。

优选的，所述装置进一步包括初始化重置模块；

所述控制模块进一步用于基于用户的复位控制指令形成复位信号；

所述初始化重置模块用于基于所述控制模块传输的复位信号向所述自旋轨道矩层输入复位电流以使随机数发生模块的多个磁隧道结的阻态变为高阻态或低阻态。

优选的，所述自旋轨道矩层长度方向的两端分别设置有用于输入所述复位电流的第一电极和第二电极。

优选的，所述磁隧道结包括自上向下设置的电极层、合成反铁磁层、第二铁磁金属层、氧化物层和第一铁磁金属层。

优选的，所述磁隧道结为椭圆形，所述椭圆形的长轴垂直于自旋轨道矩层的长度方向。

优选的，所述随机数读取模块包括读取电路和选位模块；

所述控制模块进一步用于形成选位信号；

所述选位模块用于根据所述控制模块传输的选位信号将所述读取电路与选定的两个磁隧道结连通；

所述读取电路用于基于所述控制模块传输的随机数生成信号向两个所述磁隧道结输入预设信号，基于所述预设信号的放电情况得到随机数输出信号。