[发明专利]一种基于多回路布尔振荡环的数字熵源集成电路

说明书

本发明公开一种基于多回路布尔振荡环的数字熵源集成电路，所述集成电路包括多回路布尔振荡环电路和熵采样电路，其中，所述多回路布尔振荡环电路，用以产生无规则的布尔振荡输出信号，包括N个基本振荡单元；所述熵采样电路，用于对多回路布尔振荡环电路产生的振荡信号进行采样获得原始的随机序列，包括N个并列设置的D触发器，以及与D触发器输出端连接的两输入异或门链，两输入异或门链包括N‑1个两输入异或门；其中，基本振荡单元数目与D触发器数目一致，N1。基本振荡单元数目越多，反馈回路就越多，振荡行为就更加复杂不可预测，在实际应用中能够根据具体的需求而调整包含基本振荡单元的数目。

技术领域

本发明属于熵源集成电路技术领域，具体涉及一种基于多回路布尔振荡环的数字熵源集成电路。

背景技术

在信息安全应用中，随机数有着举足轻重的地位，可以应用于密钥生成、身份验证协议以及用作应对侧信道攻击的掩码等。密钥的不可预测性是保证密码算法安全性的关键，因此，质量可靠、无法预测的随机数是信息安全领域的关键。

随机数可以分为伪随机数和真随机数两类。使用软件算法产生的随机数是典型的伪随机数，具有一定周期性，容易被攻击者预测，安全程度较低；而真随机数的产生一般利用自然界中各种不可预测的物理现象，如集成电路中的噪声、放射性元素的衰变等，通过对这些物理现象使用放大、提取、数字化等手段，产生不可预测的真随机数。而能够产生真随机数的信息源被称为真随机数发生器。

真随机数发生器主要由熵源、熵提取模块和后处理模块组成。熵源中存在不可预测的物理现象，是真随机数难以被预测的关键所在，因此，熵源是真随机数发生器中最重要的部分。主流的熵源基本都以集成电路的形式实现，常见的集成电路熵源实现原理有：噪声直接放大、环形振荡器抖动采样、集成电路亚稳态以及混沌电路等。其中，噪声直接放大法通常需要使用面积较大的模拟放大器电路，混沌电路也基于模拟电路来实现，这限制了熵源电路产生随机数的速率，也不利于进行SoC集成；环形振荡器抖动采样和基于亚稳态的熵源通常使用纯数字电路实现，易于SoC集成，但是，单个环形振荡器产生的抖动较小，通常需要结合多个环形振荡器作为熵源才能产生熵值足够的随机数，这大大增加了电路面积；而亚稳态电路对电路的工艺偏差、工作条件十分敏感，产生亚稳态需要较为苛刻的条件，所以目前主流的纯数字熵源在设计和应用中存在许多局限性。

通过在环形振荡器中引入异或门电路，输出振荡信号的周期和幅值将不再固定，从而呈现出一种随机或是混沌的输出状态，这种振荡状态也被称为布尔振荡。对布尔振荡输出信号采样得到的随机数更加难以预测，这也成为了设计高质量熵源的一种新手段。

因此，本申请借助在环形振荡器中加入多个异或门逻辑电路产生布尔振荡，设计出一种结构简单、仅需数字逻辑标准单元来实现且可扩展性强的新型纯数字熵源电路，具有重大意义。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于多回路布尔振荡环的数字熵源集成电路，以解决现有技术中纯数字熵源电路的应用局限性问题。

为实现上述目的，本申请的具体方案如下：

一种基于多回路布尔振荡环的数字熵源集成电路，所述集成电路包括多回路布尔振荡环电路和熵采样电路，其中，

所述多回路布尔振荡环电路，用以产生无规则的布尔振荡输出信号，包括N个基本振荡单元；

所述熵采样电路，用于对多回路布尔振荡环电路产生的振荡信号进行采样获得原始的随机序列，包括N个并列设置的D触发器，以及与D触发器输出端连接的两输入异或门链，两输入异或门链包括N-1个两输入异或门；

其中，基本振荡单元数目与D触发器数目一致，N1。