一种混沌随机数发生器及发生方法技术

本发明专利技术公开了一种混沌随机数发生器及发生方法，其中，该发生器包括：溢出检测电路、乘法器、加法器、多路选择器、基准源、判决电路以及编码器。本发明专利技术的混沌随机发生器及发生方法，与现有技术中基于两段式分段函数的混沌随机数发生器和发生方法相比，采用了基于三段式分段函数的混沌随机数方程，用模拟电路实现高速真随机数发生器，由溢出检测电路、乘法器、加法器、多路选择器、基准源、判决电路和编码器共同构成，可以获得高速、高质量的真随机数，可广泛应用于数据加密等信息安全领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成电路的信息安全
，具体地，涉及一种混沌随机数发生器及发生方法。
技术介绍
随机数发生器在信息安全、计算机、雷达、遥测遥控、数字通信以及码分多址系统等重要
中具有广泛的应用，是国家科技与信息安全战略的一项极其重要的基础研究。当今主流的随机数发生器主要分为：(1)热噪声随机数发生器；(2)振荡频率采样随机数发生器；(3)离散时间混沌系统随机数发生器。混沌是自然界中非线性确定系统的一种内在随机过程的表现，由于混沌动力系统对初始条件和混沌参数的极端敏感性，而能产生大量的非周期、连续宽带频谱、似噪声且确定可再生的混沌信号，因而特别适用于随机数发生器的研究。加之相空间重构、吸引子关联维计算、Lyapunov指数计算，KoImogorov熵计算等思想方法深入地研究了混沌理论的本质，使混沌理论逐步迈向成熟，而基于混沌的随机数发生器由于电路结构简单、面积小、功耗低等优势，已逐渐受到业界越来越广泛的应用研究。混沌系统与生俱来有非线性、遍历性、初值敏感性、类噪声性、最终不可预测住等特性，它大体有两类：以状态方程描述的离散时间系统和以微分方程描述的连续时间系统。对于离散时间混沌动力系统，满足以下方程：Xn+1＝f(Xn) X n + 1 , X n ∈ S ⊆ R , ]]>f是一个从S→S的混沌映射状态，用Xn表示经过n次代入后的系统状态；Xn和Xn+1都是上述方程中可以取值的点，S是所有满足方程的点构成的集合，R是实数集合。整个混沌系统内部并不生成新的信息，其演化结果完全决定于
系统的初值，即基于X1条件的Xn的信息熵：H(Xn|X1)＝0，把S分成m个相互不相交的状态：β＝{C1，C2，…，Cm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混沌随机数发生器，其特征在于，包括：溢出检测电路、乘法器、加法器、多路选择器、基准源、判决电路以及编码器，所述溢出检测电路用于接收模拟信号N，检测所述模拟信号N是否溢出并根据检测结果输出模拟信号X；所述乘法器用于对所述X进行乘法运算，输出模拟信号M＝A*X，其中A为三段式混沌随机数方程的一次项系数；所述加法器用于对所述M与所述多路选择器输出的模拟信号L进行加和得到输出模拟信号N＝M+L，将所述N发送到所述溢出检测电路进行迭代操作，并将N发送到所述判决电路；所述判决电路用于对所述N与所述基准源提供的参考电压信号Vref1、Vref2进行比较，并根据比较结果向所述编码器输出判决信号Z；所述多路选择器用于根据所述判决电路的比较结果和所述三段式混沌随机数方程确定所述L的值，并将所述L发送到所述加法器；所述编码器用于根据所述Z进行随机数统计特性优化，生成混沌随机数序列Y。

【技术特征摘要】
1.一种混沌随机数发生器，其特征在于，包括：溢出检测电路、乘法器、加法器、多路选择器、基准源、判决电路以及编码器，所述溢出检测电路用于接收模拟信号N，检测所述模拟信号N是否溢出并根据检测结果输出模拟信号X；所述乘法器用于对所述X进行乘法运算，输出模拟信号M＝A*X，其中A为三段式混沌随机数方程的一次项系数；所述加法器用于对所述M与所述多路选择器输出的模拟信号L进行加和得到输出模拟信号N＝M+L，将所述N发送到所述溢出检测电路进行迭代操作，并将N发送到所述判决电路；所述判决电路用于对所述N与所述基准源提供的参考电压信号Vref1、Vref2进行比较，并根据比较结果向所述编码器输出判决信号Z；所述多路选择器用于根据所述判决电路的比较结果和所述三段式混沌随机数方程确定所述L的值，并将所述L发送到所述加法器；所述编码器用于根据所述Z进行随机数统计特性优化，生成混沌随机数序列Y。2.根据权利要求1所述的混沌随机数发生器，其特征在于，所述三段式混沌随机数方程为： X [ n + 1 ] = A × X [ n ] + B - 1 < X [ n ] < - C X [ n + 1 ] = A × X [ n ] - C < X [ n ] < C X [ n + 1 ] = A × X [ n ] - B C < X [ n ] < 1 , ]]>其中，X[n]为三段式混沌随机数方程对模拟信号N的第n次迭代幅值，X[n+1]为三段式混沌随机数方程对模拟信号N的第n+1次迭代幅值，A为三段式随机数方程的一次项系数，0<A<2，B为三段式随机数方程的常数，C用于对三段式混沌随机数方程的状态空间进行划分，C<1。3.根据权利要求1或2所述的混沌随机数发生器，其特征在于，所述溢出检测电路具体用于，接收模拟信号N，检测所述N是否溢出，如果溢出则对N进行限幅操作：
\t当模拟信号N的幅值大于等于1时，则输出模拟信号X的幅值为1，当模拟信号N小于等于-1时，则输出模拟信号X的幅值为-1；如果没有溢出则输出模拟信号X的幅值为N。4.根据权利要求1或2所述的混沌随机数发生器，其特征在于，所述判决电路具体用于，将所述加法器输出的模拟信号N和所述基准源提供的参考电源Vref1和Vref2进行比较判断，其中，Vref1取值为-C，Vref2取值为C：当模拟信号N的幅值介于-1和-C之间时，输出判决信号Z＝二进制00；当模拟信号N的幅值介于-C和C之间时，输出判决信号Z＝二进制10；当模拟信号N的幅值介于C和1之间时，输出判决信号Z＝二进制11。5.根据权利要求4所述的混沌随机数发生器，其特征在于，所述多路选择器具体用于，当模拟信号N的幅值介于-1和-C之间时，输出模拟信号L为参考电压信号V3，其中V3的取值为B，并将所述L发送到所述加法器；当模拟信号N的幅值介于-C和C之间时，输出模拟信号L为参考电压信号V2，其中V2的取值为0，并将所述L发送到所述加法器；当模拟信号N的幅值介于C和1之间时，输出模拟信号L为参考电压信号V1，其中V1的取值为-B，并将所述L发送到所述加法器。6.一种混沌随机数发生方法，其特征在于，包括：溢出检测电路接收模拟信号N，检测所述模拟信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：王敏，马磊，张海峰，庞振江，李大为，罗鹏，李国友，张明睿，胡晓波，甘杰，张茜歌，
申请(专利权)人：北京南瑞智芯微电子科技有限公司，国家电网公司，国家密码管理局商用密码检测中心，
类型：发明
国别省市：北京;11