一种真随机数发生器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种真随机数发生器，包括低频振荡环、第一异或逻辑门XOR、至少两个高频振荡环、与高频振荡环数量相同的第一触发器；每个高频振荡环分别与对应的第一触发器的触发端连接，用于产生高频信号；低频振荡环与每个第一触发器的时钟端连接，用于产生低频信号；每个第一触发器的输出端与第一XOR的输入端连接，用于根据低频信号对高频信号进行采样，并将采样信号发送给第一XOR；第一XOR，用于对接收到的每个采样信号进行逻辑异或处理，生成第一随机数。本实用新型专利技术通过采用不稳定的低频信号对不稳定的高频信号进行采样，可优先从根本上保证随机源的随机性，然后再对采样信号进行异或处理，进一步保证了生成的随机数的随机性。

A True Random Number Generator

The utility model provides a true random number generator, which comprises a low frequency oscillation ring, a first XOR gate, at least two high frequency oscillation rings and a first trigger with the same number of high frequency oscillation rings; each high frequency oscillation ring is respectively connected with the trigger end of the corresponding first trigger for generating high frequency signals; and the low frequency oscillation ring is connected with the clock end of each first trigger. It is used to generate low-frequency signals; the output end of each first trigger is connected with the input end of the first XOR to sample the high-frequency signals according to the low-frequency signals and send the sampled signals to the first XOR; and the first XOR is used to generate the first random number by logical exclusive or processing each sampled signal received. By sampling the unstable high-frequency signal with unstable low-frequency signal, the utility model can give priority to and fundamentally guarantee the randomness of the random source, and then XOR process the sampled signal to further ensure the randomness of the generated random number.

【技术实现步骤摘要】
一种真随机数发生器
本技术涉及信息安全
，尤其涉及一种真随机数发生器。
技术介绍
现在已经步入信息化时代，信息保护变得尤为重要，因此信息安全保护成为一个值得深入研究的方向。其中，信息安全系统主要是以密码学为基础，在传输和终端上运用信息安全技术。目前主流的信息安全保护措施中，随机数是不可或缺的一部分，例如在加密技术、身份认证技术等多个环节中都需要使用随机数，利用随机数的随机性来加密信息和设备保护。所以随机数作为信息安全系统中的重要组成部分，为了防止攻击者入侵，每个信息安全系统都会把随机数作为密钥。具体地，随机数可分为：伪随机数和真随机数。当把伪随机数作为密钥时，可通过专门的生成多项式产生多位循环码，但是循环码的特点会让攻击者有机会预测到伪随机数，从而攻破整个信息安全系统。当把真随机数作为密钥时，可通过直接放大法、离散事件混沌法或振荡器采样法产生真随机数，由于真随机数无法预测，因此真随机数具有更高的安全性。目前真随机数的产生方式主要是利用振荡器采样法，其中现有技术在利用数字电路控制振荡环工作产生随机数时，由两个高频信号直接异或后，再由低频信号采样产生，不能保证真随机数的随机性。
技术实现思路
本技术提供了一种真随机数发生器，用于克服现有技术中真随机数的随机性得不到保证的问题。为克服上述技术问题，本技术提供了一种真随机数发生器，所述真随机数发生器包括：低频振荡环、第一异或逻辑门XOR、至少两个高频振荡环、与所述高频振荡环数量相同的第一触发器；其中，每个所述高频振荡环分别与对应的第一触发器的触发端连接，用于产生高频信号；所述低频振荡环与每个所述第一触发器的时钟端连接，用于产生低频信号；每个所述第一触发器的输出端与所述第一XOR的输入端连接，用于根据所述低频信号对所述高频信号进行采样，并将采样信号发送给所述第一XOR；所述第一XOR，用于对接收到的每个采样信号进行逻辑异或处理，生成第一随机数。由上述可知，本技术提供的真随机数发生器在产生真随机数时，将低频震荡环产生的低频信号作为系统时钟信号，对高频震荡环产生的高频信号进行采样，然后再由第一XOR对获取到的采样信号进行逻辑异或处理，生成第一随机数。由于震荡环产生的都是不规则、不稳定的信号，因此在本技术中，先通过不稳定的低频信号对不稳定的高频信号进行采样，可增加随机数的随机性，再通过第一XOR进行逻辑异或处理，可进一步提高第一随机数的随机性。具体地，所述真随机数发生器还包括：第一处理电路；所述第一处理电路包括：第二XOR和至少两级串行连接的寄存器组成的第一寄存器链；每级寄存器包括数量相同、且串行连接的第二触发器，其中，每级寄存器中任意相邻的两级第二触发器之间，上一级第二触发器的输出端与下一级第二触发器的触发端连接，且任意相邻的两级寄存器之间，上一级寄存器中的最后一个第二触发器的输出端与下一级寄存器中的第一个第二触发器的触发端连接，第一级寄存器中的第一个第二触发器的触发端与所述第一XOR的输出端连接，每级寄存器中每个第二触发器的时钟端均与所述低频振荡环连接，每级寄存器中的最后一个第二触发器的输出端均与所述第二XOR的输入端连接；所述第二XOR，用于对接收到的每级寄存器输出的第一结果进行逻辑异或处理，生成第二随机数。由于第一处理电路中包括由至少两级串行连接的寄存器组成的第一寄存器链，每级寄存器包括数量相同、且串行连接的第二触发器，其中，每级寄存器中任意相邻的两级第二触发器之间，上一级第二触发器的输出端与下一级第二触发器的触发端连接，且每级寄存器中每个第二触发器的时钟端均与所述低频振荡环连接，所以任意相邻的两级第二触发器之间，在每个系统时钟周期内，上一级第二触发器中的输出会作为下一级第二触发器中的输入。另由于任意相邻的两级寄存器之间，上一级寄存器中的最后一个第二触发器的输出端与下一级寄存器中的第一个第二触发器的触发端连接，因此任意相邻的两级寄存器之间，上一级寄存器中的输出也会作为下一级寄存器中的输入，可实现消除第一随机数的关联性，然后由第二XOR对每级寄存器输出的第一结果进行逻辑异或处理，生成更具有随机性的第二随机数。具体地，所述真随机数发生器还包括：第二处理电路；所述第二处理电路包括：至少两级串行连接的寄存器组成的第二寄存器链和与所述寄存器数量相同的第三XOR；每级寄存器包括数量相同、且串行连接的第三触发器，其中，每级寄存器中任意相邻的两级第三触发器之间，上一级第三触发器的输出端与下一级第三触发器的触发端连接，且任意相邻的两级寄存器之间，上一级寄存器中的最后一个第三触发器的输出端与下一级寄存器中的第一个第三触发器的触发端连接，第一级寄存器中的第一个第三触发器的触发端与XOR的输出端连接，每级寄存器中每个第三触发器的时钟端均与所述低频振荡环连接，每级寄存器中的最后一个第三触发器的输出端与对应的第三XOR的输入端连接；每个所述第三XOR的输入端还分别与所述低频振荡环连接，用于对接收到的对应寄存器输出的第二结果与所述低频信号进行逻辑异或处理，生成第三随机数。与上述第一处理电路作用相同，第二处理电路中所包括的由至少两级串行连接的寄存器组成的第二寄存器链中，任意相邻的两级寄存器之间，上一级寄存器中的输出会作为下一级寄存器中的输入，因此第二寄存器链也用于消除第二随机数的关联性。由于第三XOR的输入端还分别与所述低频振荡环连接，因此每个第三XOR输出的第三随机数是对每级寄存器输出的第二结果与低频信号进行逻辑异或处理得到的，由于低频信号是不规则、不稳定的，因此输出的第三随机数具有更高的随机性。具体地，所述真随机数发生器还包括：位拼接电路；所述位拼接电路与每个所述第三XOR的输出端连接，用于对每个所述第三XOR输出的第三随机数进行拼接后，生成一路多位的第四随机数。由于第二处理电路中每个第三XOR输出的第三随机数也并非同时输出，因便于第三随机数的输出，可通过位拼接电路将每个第三XOR输出的第三随机数拼接成一路多位的第四随机数。具体地，所述真随机数发生器还包括：串转并电路，用于对生成的随机数进行变换处理，输出具有真随机性的随机数。通过串转并电路，可将上述串行格式输出的一位或多位的随机数转换为并行格式，并输出一次性预设位数、且具有真随机性的随机数，以缩短生成周期。具体地，所述真随机数发生器还包括：检测电路；所述检测电路包括：控制模块、计数模块、比较模块和输出模块；其中，所述控制模块与所述计数模块连接，用于向所述计数模块发出第一使能信号；所述计数模块分别与所述比较模块以及低频震荡环连接，用于在接收到所述第一使能信号时，对所述低频震荡环产生的低频信号进行计数，并将计数值发送给所述比较模块；所述比较模块与所述输出模块，用于如果接收到的计数值达到预设数值，向所述输出模块发送输出信号；所述输出模块与所述串转并电路连接，用于如果接收到所述输出信号，输出所述随机数。由上述可知，只有在计数模块的计数值达到预设数值时，才会输出上述已生成的预设位数的随机数，而未达到预设数值时，生成的随机数都会被丢掉，因此最终输出的任意两个相邻的随机数之间都会经过一定的时间间隔，使最终输出的随机数具有更高的随机性。具体地，所述控制模块，还用于向所述计数模块发送第二使能信号；所述计数模块，还用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种真随机数发生器，其特征在于，所述真随机数发生器包括：低频振荡环、第一异或逻辑门XOR、至少两个高频振荡环、与所述高频振荡环数量相同的第一触发器；其中，每个所述高频振荡环分别与对应的第一触发器的触发端连接，用于产生高频信号；所述低频振荡环与每个所述第一触发器的时钟端连接，用于产生低频信号；每个所述第一触发器的输出端与所述第一XOR的输入端连接，用于根据所述低频信号对所述高频信号进行采样，并将采样信号发送给所述第一XOR；所述第一XOR，用于对接收到的每个采样信号进行逻辑异或处理，生成第一随机数。

【技术特征摘要】
1.一种真随机数发生器，其特征在于，所述真随机数发生器包括：低频振荡环、第一异或逻辑门XOR、至少两个高频振荡环、与所述高频振荡环数量相同的第一触发器；其中，每个所述高频振荡环分别与对应的第一触发器的触发端连接，用于产生高频信号；所述低频振荡环与每个所述第一触发器的时钟端连接，用于产生低频信号；每个所述第一触发器的输出端与所述第一XOR的输入端连接，用于根据所述低频信号对所述高频信号进行采样，并将采样信号发送给所述第一XOR；所述第一XOR，用于对接收到的每个采样信号进行逻辑异或处理，生成第一随机数。2.如权利要求1所述的真随机数发生器，其特征在于，所述真随机数发生器还包括：第一处理电路；所述第一处理电路包括：第二XOR和至少两级串行连接的寄存器组成的第一寄存器链；每级寄存器包括数量相同、且串行连接的第二触发器，其中，每级寄存器中任意相邻的两级第二触发器之间，上一级第二触发器的输出端与下一级第二触发器的触发端连接，且任意相邻的两级寄存器之间，上一级寄存器中的最后一个第二触发器的输出端与下一级寄存器中的第一个第二触发器的触发端连接，第一级寄存器中的第一个第二触发器的触发端与所述第一XOR的输出端连接，每级寄存器中每个第二触发器的时钟端均与所述低频振荡环连接，每级寄存器中的最后一个第二触发器的输出端均与所述第二XOR的输入端连接；所述第二XOR，用于对接收到的每级寄存器输出的第一结果进行逻辑异或处理，生成第二随机数。3.如权利要求1或2所述的真随机数发生器，其特征在于，所述真随机数发生器还包括：第二处理电路；所述第二处理电路包括：至少两级串行连接的寄存器组成的第二寄存器链和与所述寄存器数量相同的第三XOR；每级寄存器包括数量相同、且串行连接的第三触发器，其中，每级寄存器中任意相邻的两级第三触发器之间，上一级第三触发器的输出端与下一级第三触发器的触发端连接，且任意相邻的两...

【专利技术属性】
技术研发人员：来晟，卢文吉，冯世柱，陈琦，方伟，
申请(专利权)人：浙江大华技术股份有限公司，
类型：新型
国别省市：浙江,33