振荡器、随机数产生器及运作振荡器的方法技术

本发明专利技术实施例提供了一种振荡器、随机数产生器及运作振荡器的方法，振荡器电路包含连接于串列中多个反向器、至少第一回馈分接头及第二回馈分接头，以及交替电路。至少第一回馈分接头及第二回馈分接头，是设置以分别回馈第一输出信号及第二输出信号，第一输出信号及第二输出信号分别是从串列中的第一点及第二点所取得。交替电路是设置以通过在至少第一回馈分接头及第二回馈分接头之间交替，从至少第一输出信号及第二输出信号，取得输入信号，并将输入信号施加至串列的输入。入信号施加至串列的输入。入信号施加至串列的输入。

【技术实现步骤摘要】
振荡器、随机数产生器及运作振荡器的方法


[0001]本专利技术大致涉及数据安全，特别涉及抗攻击的环式振荡器(ring oscillator；RO)及随机数产生器(random
‑
number generator；RNG)。

技术介绍

[0002]各种随机数产生的技术，为本领域所习知。举例来说，美国专利4,905,176叙述一种不惧加密攻击(cryptographic attack)的随机数产生器。随机数产生器的运作原则，是基于虚拟随机数产生器(pseudo
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random number generator)的输出的低频取样(low
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frequency sampling)，虚拟随机数产生器是以变动的频率所运作，变动的频率是来自自由振荡(free
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running)的环式振荡器。

技术实现思路

[0003]于此所述的本专利技术的实施例，提供一种振荡器(oscillator)电路，包含连接于串列中多个反向器(inverter)、至少第一回馈分接头及第二回馈分接头(feedback tap)，以及交替电路。至少第一回馈分接头及第二回馈分接头，是设置以分别回馈第一输出信号及第二输出信号，第一输出信号及第二输出信号分别是从串列中的第一点及第二点所取得。交替电路是设置以通过在至少第一回馈分接头及第二回馈分接头之间交替，从至少第一输出信号及第二输出信号，取得输入信号，并将输入信号施加至串列的输入。
[0004]在某些实施例中，第一点是串列中的中点，而第二点则是串列的端点。在所揭露的实施例中，交替电路是设置以虚拟随机数切换型态(psudo
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random switching pattern)，在至少第一回馈分接头及第二回馈分接头之间交替。
[0005]在某些实施例中，交替电路包含(i)多工器(multiplexer)，设置以将至少第一回馈分接头及第二回馈分接头多路传输(multiplex)至串列的输入，以及(ii)序列产生器，设置以产生位序列，以及通过位序列控制多工器。在范例实施例中，序列产生器包含线性回馈移位暂存器(linear feedback shift register；LFSR)。
[0006]在一实施例中，第一数目个反向器从串列的输入，经由第一回馈分接头，回到串列的输入，以及第二数目个反向器从串列的输入，经由第二回馈分接头，回到串列的输入，第一数目及第二数目皆为奇数。在一实施例中，第一数目个反向器从串列的输入，经由第一回馈分接头，回到串列的输入，以及第二数目个反向器从串列的输入，经由第二回馈分接头，回到串列的输入，第一数目及第二数目为互质数(mutually
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prime numbers)。
[0007]根据本专利技术的实施例，另外提供一种随机数产生器(RNG)电路，包含第一振荡器、第二振荡器及取样电路(sampling circuit)。第一振荡器是设置以产生第一频率范围内的第一信号。第二振荡器是设置以产生第二频率范围内的第二信号，第二频率范围低于第一频率范围。取样电路是设置以通过使用第二信号对第一信号进行取样，以输出虚拟随机数数据。第一振荡器及第二振荡器的至少一者，包含连接于串列中的多个反向器、至少第一回馈分接头及第二回馈分接头，以及交替电路。至少第一回馈分接头及第二回馈分接头，是设
injection)及其他旁沟道攻击(side
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channel attack)。因此，所揭露的技术是有用的，例如在涉及随机数产生的各种加密应用编程中。
[0031]在某些实施例中，RO包括连接成一串列的多个反向器(inverter)。两个回馈分接头(feedback tap)，连接以回馈从串列中两个不同点所取得的输出信号(例如，一个从串列的端点所取得，另一个则从中点所取得)。一多工器(multiplexer；MUX)，设置以在该两个回馈分接头之间选择，以及将所选择回馈分接头连接至串列的输入。
[0032]当其中一个回馈分接头被MUX所选择时，RO会有一些回路延迟(loop delay)。当另一个回馈分接头被选择时，RO电路会有不同的回路延迟。切换MUX使环式振荡器的回路延迟及其振荡频率，在关联于两个回馈分接头的两个数值之间交替。
[0033]在某些实施例中，RO包括序列产生器，序列产生器产生位序列，而位序列是用以作为切换MUX的选择信号。举例来说，序列产生器可包括线性回馈移位暂存器(linear feedback shift register；LFSR)，LFSR产生虚拟随机数位序列。RO输出可以从串列中合适的点所取得。
[0034]当以如上所述运作时，RO以迅速且无法预期的方式，在两个回路延迟之间交替，也因此在两个振荡器频率之间交替。这种交替使RO高度适应于攻击。
[0035]以下所揭露的实施例是以范例的方式，主要讨论具有两个回馈分接头的的设置。然而，RO通常可包括更大量多工(multiplexed)的回馈分接头，以在多于两个的回路延迟及对应的振荡频率之间交替。
[0036]在本专利技术的某些实施例中，所揭露的交替频率的RO设计，是用以作为随机数产生器(RNG)的构件。在范例实施例中，RNG包括高频振荡器及低频振荡器，高频振荡器是设置以产生高频信号，而低频振荡器是设置以产生低频信号。两个振荡器相对于彼此非同步地运行。RNG更包括取样电路(sampling circuit)，取样电路是设置以使用低频信号以对高频信号进行取样。取样电路的输出，也就是由低频信号所取样的高频信号，是用以作为RNG的输出。
[0037]在某些实施例中，RNG中的一个或两个振荡器是使用所揭露具有交替振荡频率的设计所实作。这种RNG高度适应于攻击。举例来说，对以RO为基础的RNG的习知类型的攻击，所采用的是与RO振荡频率同步的旁沟道信号(例如电磁信号)。所揭露的技术使得这种攻击无法实行。
[0038]抗攻击的环式振荡器设计
[0039]图1是根据本专利技术的实施例而概略地绘示的抗攻击的环式振荡器(RO)20的方块图。RO 20可用于各种系统及应用中。特别是，以下将更进一步叙述在抗攻击的随机数产生器(RNG)的设计中，这种RO的使用。根据本专利技术的实施例，RO及RNG可用于涉及使用随机数产生的任何适用的系统或应用中，像是实施加密操作的安全集成电路。
[0040]RO 20包括连接为一串列(cascade)的多个逻辑反向器。在本范例中，串列是由24A及24B所表示的两个区段所形成，每个区段包括一组反向器。串列的输入是以P1作表示，位于区段24A的端点的中点是以P2作表示，而串列的端点是以P3作表示。在本范例中，P3亦作为RO输出。或者，RO输出可从串列中的任何其他适合的点所取得。
[0041]RO 20更包括两个回馈分接头，以26A及26B作表示，分别连接至反向器的串列中的不同点。在本范例中，回馈分接头26A回馈来自中点(P2)的输出信号，而回馈分接头26本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种振荡器电路，其特征在于，包括：多个反向器，串列连接于一串列中；至少一第一回馈分接头及一第二回馈分接头，设置以分别回馈一第一输出信号及一第二输出信号，所述第一输出信号及所述第二输出信号分别是从所述串列中的一第一点及一第二点所取得；以及一交替电路，设置以通过在至少所述第一回馈分接头及所述第二回馈分接头之间交替，以从至少所述第一输出信号及所述第二输出信号取得一输入信号，并将所述输入信号施加至所述串列的一输入。2.根据权利要求1所述的振荡器电路，其特征在于，所述第一点是所述串列中的一中点，及其中所述第二点是所述串列的一端点。3.根据权利要求1所述的振荡器电路，其特征在于，所述交替电路是设置以一虚拟随机数切换型态，在至少所述第一回馈分接头及所述第二回馈分接头之间交替。4.根据权利要求1所述的振荡器电路，其特征在于，所述交替电路包括：一多工器，设置以将至少所述第一回馈分接头及所述第二回馈分接头多路传输至所述串列的所述输入；以及一序列产生器，设置以产生一位序列，以及通过所述位序列控制所述多工器。5.根据权利要求4所述的振荡器电路，其特征在于，所述序列产生器包括一线性回馈移位暂存器。6.根据权利要求1所述的振荡器电路，其特征在于，第一数目个反向器从所述串列的输入，经由所述第一回馈分接头，回到所述串列的所述输入，以及第二数目个反向器从所述串列的输入，经由所述第二回馈分接头，回到所述串列的所述输入，所述第一数目及所述第二数目皆为奇数。7.根据权利要求1所述的振荡器电路，其特征在于，第一数目个反向器从所述串列的输入，经由所述第一回馈分接头，回到所述串列的所述输入，以及第二数目个反向器从所述串列的输入，经由所述第二回馈分接头，回到所述串列的所述输入，所述第一数目及所述第二数目为互质数。8.一种随机数产生器电路，其特征在于，包括：一第一振荡器，设置以产生一第一频率范围内的一第一信号；一第二振荡器，设置以产生一第二频率范围内的一第二信号，所述第二频率范围低于所述第一频率范围；以及一取样电路，设置以通过使用所述第二信号对所述第一信号进行取样，以输出虚拟随机数数据；其中所述第一振荡器及所述第二振荡器的至少一者，包括：多个反向器，连接于一串列中；至少一第一回馈分接头及一第二回馈分接头，设置以分别回馈一第一输出信号及一第二输出信号，所述第一输出信号及所述第二输出信号分别是从所述串列中的一第一点及一第二点所取得；以及一交替电路，设置以通过在至少所述第一回馈分接头及所述第二回馈分接头之间交替，从至少所述第一输出信号及所述第二输出信号，取得一输入信号，并将所述输入信号施
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【专利技术属性】
技术研发人员：蒙旭，
申请(专利权)人：新唐科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：