一种真随机数发生器制造技术

本发明专利技术涉及一种真随机数发生器。所述真随机数发生器包括：混合布尔网络模块、功能转换模块和采样处理模块；所述混合布尔网络模块包括多个布尔单元；所述功能转换模块分别与第一个布尔单元中的第一个异或逻辑门的输出端以及第一个第一多路复用器的第一输入端连接；所述采样处理模块的第一输入端与所述混合布尔网络模块的输出端连接，所述采样处理模块的第二输入端输入时钟信号。本发明专利技术所提供的一种真随机数发生器，具有真随机数产生功能的物理不可克隆函数结构，能够根据实际需求，实现物理不可克隆函数功能和真随机数发生器功能的相互转换。

【技术实现步骤摘要】
一种真随机数发生器
本专利技术涉及信息安全领域，特别是涉及一种真随机数发生器。
技术介绍
目前，通信技术的飞速发展对维护网络信息安全提出了更高的要求，在个人信息保护、信息加密、身份认证、金融支付等方面都需要随机数的参与。产生随机数的方法主要有两种：伪随机数发生器和真随机数发生器。伪随机数发生器是将初始参数通过某种确定的算法计算产生随机数，但由于伪随机数产生原理的本质限定了伪随机数是具有可预测性的。真随机数发生器是将随机的物理过程和现象作为熵源，通过熵提取器来获得随机数，具有不可预测性和不可复制性。真随机数发生器根据熵源类型主要分为电路热噪声放大、振荡采样和混沌信号采样等方法实现。其中，利用混沌电路构成的真随机数发生器具有结构简单、容易集成的特点，能够实现小型化和芯片化。物理不可克隆函数(PhysicallyUnclonableFunction，PUF)是利用集成电路制造过程中硬件工艺微小的随机变化来实现的。一个初始激励信号输入物理不可克隆函数结构中进行运算而产生的一个对应的输出，这个输出完全依赖于输入的初始激励信号和硬件本身的物理特性。由于工艺的随机性和不可复制性，使得攻击者难以预测物理不可克隆函数的输出或构建出一个完全相同的物理不可克隆函数设备。布尔混沌是基于数字逻辑器件的布尔状态转换，由于逻辑门自身具有非理想特性，使得信号的传播延迟是随机的，布尔状态会呈现混沌振荡。当布尔网络工作于混沌状态时，混沌信号具有初值敏感性，通过多级非线性放大，产生的信号具有很高的熵值，是作为可集成真随机数发生器的理想熵源。这类真随机数发生器和物理不可克隆函数具有共同的特性，它们的输出都对初始条件和电路本身的物理特性高度敏感，具有唯一性和不可克隆性。而现有技术中的真随机数发生器并不具有真随机数产生功能的物理不可克隆函数结构，并且也不能够根据实际需求，实现物理不可克隆函数功能和真随机数发生器功能的相互转换。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种真随机数发生器，具有真随机数产生功能的物理不可克隆函数结构，能够根据实际需求，实现物理不可克隆函数功能和真随机数发生器功能的相互转换。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种真随机数发生器，包括：混合布尔网络模块、功能转换模块和采样处理模块；所述混合布尔网络模块包括多个布尔单元；每个所述布尔单元包括一个异或逻辑门和一个第一多路复用器；对于第i个布尔单元所述第i个异或逻辑门的第一输入端与第i-1个第一多路复用器的输出端连接，所述第i个异或逻辑门的第二输入端与第i-2个第一多路复用器的输出端连接，所述第i个异或逻辑门的第三输入端与第i+1个第一多路复用器的输出端连接，所述第i个异或逻辑门的输出端与第i个第一多路复用器的第一输入端连接，所述第i个第一多路复用器的第二输入端输入初始激励信号，所述第i个第一多路复用器的第三输入端输入控制延时信号，所述第i个第一多路复用器的输出端分别与第i+1个异或逻辑门的第一输入端、第i+2个异或逻辑门的第二输入端以及第i-1个异或逻辑门的第三输入端连接；所述功能转换模块分别与第一个布尔单元中的第一个异或逻辑门的输出端以及第一个第一多路复用器的第一输入端连接；所述功能转换模块用于进行功能转换；所述功能转换为物理不可克隆函数功能与真随机数发生器功能的相互转换；所述采样处理模块的第一输入端与所述混合布尔网络模块的输出端连接，所述采样处理模块的第二输入端输入时钟信号；所述采样处理模块用于输出物理不可克隆函数激励响应或真随机数。可选的，所述功能转换模块包括：第一反相器和第二多路复用器；所述第一反相器的输出端与所述第二多路复用器的第二输入端连接；所述反相器的输入端以及所述第二多路复用器的第一输入端均与所述第一个异或逻辑门的输出端连接，所述第二多路复用器的输出端与所述第一个第一多路复用器的第一输入端连接，所述第二多路复用器的第三输入端输入功能转换信号；所述功能转换信号包括控制所述第二多路复用器选通取反的信号和控制所述第二多路复用器选通所述第一个异或逻辑门的输出信号。可选的，所述采样处理模块包括：一级D触发器和二级D触发器；所述一级D触发器用于输出物理不可克隆函数激励响应；所述二级D触发器用于输出真随机数。可选的，所述真随机数发生器还包括：控制延时模块；所述控制延时模块与所述第一多路复用器的第三输入端连接；所述控制延时模块用于将控制信号进行延时，得到所述控制延时信号。可选的，所述控制延时模块包括：偏置电路、细粒度调整电路和粗粒度调整电路；所述偏置电路、细粒度调整电路和所述粗粒度调整电路依次连接；所述细粒度调整电路用于对信号延时的细粒度调整；所述粗粒度调整电路用于对信号延时的粗粒度调整。可选的，所述控制信号为0或1。可选的，所述时钟信号≤200MHz。可选的，所述初始激励信号为N位二进制字符串。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术所提供的一种真随机数发生器，利用布尔网络输出的不可预测性和对逻辑器件工艺的高度敏感性，构建出一种具有物理不可克隆函数功能的真随机数发生器。进而，具有真随机数产生功能的物理不可克隆函数结构，能够根据实际需求，实现物理不可克隆函数功能和真随机数发生器功能的相互转换。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术所提供的一种真随机数发生器结构示意图；图2为本专利技术所提供的功能转换模块的电路结构图；图3为本专利技术所提供的控制延时模块的电路结构图；图4为7个布尔单元时的物理不可克隆函数功能实现时的实验结果示意图；图5为7个布尔单元时真随机数发生器功能实现时产生的随机数的NIST随机数测试结果示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种真随机数发生器，具有真随机数产生功能的物理不可克隆函数结构，能够根据实际需求，实现物理不可克隆函数功能和真随机数发生器功能的相互转换。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术所提供的一种真随机数发生器结构示意图，如图1所示，本专利技术所提供的一种真随机数发生器，包括：混合布尔网络模块100、功能转换模块102和采样处理模块200。所述混合布尔网络模块100包括多个布尔单元；每个所述布尔单元包括一个异或逻辑门本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种真随机数发生器，其特征在于，包括：混合布尔网络模块、功能转换模块和采样处理模块；/n所述混合布尔网络模块包括多个布尔单元；每个所述布尔单元包括一个异或逻辑门和一个第一多路复用器；/n对于第i个布尔单元/n所述第i个异或逻辑门的第一输入端与第i-1个第一多路复用器的输出端连接，所述第i个异或逻辑门的第二输入端与第i-2个第一多路复用器的输出端连接，所述第i个异或逻辑门的第三输入端与第i+1个第一多路复用器的输出端连接，所述第i个异或逻辑门的输出端与第i个第一多路复用器的第一输入端连接，所述第i个第一多路复用器的第二输入端输入初始激励信号，所述第i个第一多路复用器的第三输入端输入控制延时信号，所述第i个第一多路复用器的输出端分别与第i+1个异或逻辑门的第一输入端、第i+2个异或逻辑门的第二输入端以及第i-1个异或逻辑门的第三输入端连接；/n所述功能转换模块分别与第一个布尔单元中的第一个异或逻辑门的输出端以及第一个第一多路复用器的第一输入端连接；所述功能转换模块用于进行功能转换；所述功能转换为物理不可克隆函数功能与真随机数发生器功能的相互转换；/n所述采样处理模块的第一输入端与所述混合布尔网络模块的输出端连接，所述采样处理模块的第二输入端输入时钟信号；所述采样处理模块用于输出物理不可克隆函数激励响应或真随机数。/n...

【技术特征摘要】
1.一种真随机数发生器，其特征在于，包括：混合布尔网络模块、功能转换模块和采样处理模块；
所述混合布尔网络模块包括多个布尔单元；每个所述布尔单元包括一个异或逻辑门和一个第一多路复用器；
对于第i个布尔单元
所述第i个异或逻辑门的第一输入端与第i-1个第一多路复用器的输出端连接，所述第i个异或逻辑门的第二输入端与第i-2个第一多路复用器的输出端连接，所述第i个异或逻辑门的第三输入端与第i+1个第一多路复用器的输出端连接，所述第i个异或逻辑门的输出端与第i个第一多路复用器的第一输入端连接，所述第i个第一多路复用器的第二输入端输入初始激励信号，所述第i个第一多路复用器的第三输入端输入控制延时信号，所述第i个第一多路复用器的输出端分别与第i+1个异或逻辑门的第一输入端、第i+2个异或逻辑门的第二输入端以及第i-1个异或逻辑门的第三输入端连接；
所述功能转换模块分别与第一个布尔单元中的第一个异或逻辑门的输出端以及第一个第一多路复用器的第一输入端连接；所述功能转换模块用于进行功能转换；所述功能转换为物理不可克隆函数功能与真随机数发生器功能的相互转换；
所述采样处理模块的第一输入端与所述混合布尔网络模块的输出端连接，所述采样处理模块的第二输入端输入时钟信号；所述采样处理模块用于输出物理不可克隆函数激励响应或真随机数。


2.根据权利要求1所述的一种真随机数发生器，其特征在于，所述功能转换模块包括：第一反相器和第二多路复用器；
所述第一反相器的输出端与所述第二多路复用器的第二输入端连接；所述反相器的输入端以及所述第二多路复用器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建国，王鑫，李智虎，胡晓波，于艳艳，张国栋，王云才，
申请(专利权)人：太原理工大学，中国电力科学研究院有限公司，北京智芯微电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山西;14