[发明专利]基于保守混沌系统的高速随机数产生器及其产生方法

说明书

本发明提供了基于保守混沌系统的高速随机数产生器及其产生方法。本发明将所产生的随机数经过美国国家标准与技术研究院（The National Institute of Standards and Technology）的测试套件NIST SP800‑22和另一种测试套件TestU01这两个常用的随机数测试标准，实验测试结果可以证明所产生的随机比特数序列全部通过了随机性测试。该高速随机数产生器吞吐量可以达到19Gbps。

技术领域

本发明属于通讯信息安全技术领域，涉及基于保守混沌系统的高速随机数产生器及其产生方法。

背景技术

《国家中长期科技发展规划纲要（2006-2020）》中明确提出要重点研究新型密码技术与装备，在当前数字通信中，密码是以随机分布的0、1比特数形式体现的，一个稳定快速的随机数产生器可以让密码得到有效保障。非线性系统是随机数产生的潜在对象，从数学的算法分析，如果想知道已知系统过去和未来的信息，数学模型中带有微积分是最好复现系统信息的一种方法。在这种情况下，既动态又随机的混沌系统又显得更加适合。混沌理论作为非线性科学中的重要组成部分得到了广泛关注和研究。然而，尽管人们提出了大量的混沌和超混沌系统，但各研究方向发展并不平均，其中大部分的系统是耗散混沌系统，保守混沌系统非常稀少。为了产生吞吐量大的随机数加以应用，主要有模拟电路和数字电路两种实现方法。因模拟电路一直有它固有的缺点，例如模拟电路的保密性差、抗干扰能力弱，电信号在沿线路的传输过程中会受到外界和通信系统内部的各种噪声干扰，噪声和信号混合后难以分开，从而使得系统计算结果的准确性下降。近年来，研究人员越来越多使用可编程逻辑器件FPGA实现混沌系统，使得混沌系统的计算结果更稳定，产生随机数的速率更快，吞吐量更大。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种计算结果稳定、随机数产生速率快、吞吐量大的基于保守混沌系统的高速随机数产生器及其产生方法。

为此，本发明采取如下技术方案：

基于保守混沌系统的高速随机数产生器，其特征在于，包括：

输入模块，所述输入模块用于初始值的输入；

N-K4迭代模块，所述N-K4迭代模块包括四维保守混沌系统计算单元和迭代单元，所述N-K4迭代模块用于将输入模块所输入的初始值采用四维保守混沌系统方程计算出四维数值并对四维数值进行迭代；

后处理模块，所述后处理模块可将迭代后的四维数值转换为二进制形式的六维随机比特数，每一维输出30位，共输出180位随机比特数。

进一步地，所述四维保守混沌系统计算单元包括，x输入寄存器、y输入寄存器、z输入寄存器和u输入寄存器，具体地；

所述x输入寄存器分别连接有第一移位器和第一取反器，所述第一移位器连接有∂y输出寄存器，所述第一取反器连接有第一加法器，所述第一加法器可执行加1运算，第一加法器连接有第二移位器，所述第二移位器连接有第二加法器，第二加法器连接有∂u输出寄存器；

所述y输入寄存器连接有第二取反器，所述第二取反器连接有第三加法器，所述第三加法器可执行加1运算，所述第三加法器连接有第三移位器，所述第三移位器连接有第四加法器，所述第四加法器连接有∂x输出寄存器；

所述z输入寄存器分别连接有第四移位器、第五移位器和第三取反器，所述第四移位器连接有第五加法器，所述第五加法器可执行加20运算，第五加法器连接有第六移位器，所述第六移位器连接有三选一选择器，所述三选一选择器与第二加法器相连接，所述第五移位器连接有第六加法器，所述第六加法器可执行加-20运算，第六加法器与三选一选择器相连接，所述第三取反器连接有第七加法器，所述第七加法器可执行加1运算，所述第七加法器连接有第七移位器，所述第七移位器与三选一选择器相连接；

所述u输入寄存器与四加法器相连接，u输入寄存器还连接有第八取反器，所述第八取反器连接有第八加法器，所述第八加法器可执行加1运算，第八加法器连接有第八移位器，所述第八移位器连接有∂z输出寄存器。