伪随机数发生器和伪随机数生成方法技术

本公开提供了一种伪随机数发生器和伪随机数生成方法。伪随机数发生器，包括：信号映射电路，用于利用混沌模型对多个输入信号进行映射，得到具有四翼混沌状态的多个混沌信号；信号采样电路，与信号映射电路电连接，用于对多个混沌信号进行采样，得到与多个混沌信号中每个混沌信号对应的多个状态变量；以及信号运算电路，与信号采样电路电连接，用于对与每个混沌信号对应的多个状态变量进行取整运算，得到与多个混沌信号分别对应的多组随机数，多组随机数中的每组随机数均包括多个随机数。机数中的每组随机数均包括多个随机数。机数中的每组随机数均包括多个随机数。

【技术实现步骤摘要】
伪随机数发生器和伪随机数生成方法


[0001]本公开涉及信息安全
，更具体地，涉及一种伪随机数发生器和伪随机数生成方法。

技术介绍

[0002]随机数通常用于参与加密系统的设计。随机数发生器所产生随机数的随机性能，对加密系统的安全性起着至关重要的作用。
[0003]基于混沌理论的伪随机数发生器的随机性能取决于混沌模型的动力学行为。例如，混沌模型的维度等。伪随机数发生器通常采用低维映射生成具有双翼混沌效果的伪随机数。例如，帐篷映射、厄农映射以及逻辑斯谛映射Logistic等。但基于低维混沌模型生成的具有双翼混沌效果的伪随机数的遍历性差，容易被破解，从而使加密系统存在安全隐患。

技术实现思路

[0004]本公开提供了一种伪随机数发生器和伪随机数生成方法。
[0005]根据本公开的一个方面，本公开提出了一种伪随机数发生器，包括：信号映射电路，用于利用混沌模型对多个输入信号进行映射，得到具有四翼混沌状态的多个混沌信号；信号采样电路，与信号映射电路电连接，用于对多个混沌信号进行采样，得到与多个混沌信号中每个混沌信号对应的多个状态变量；以及信号运算电路，与信号采样电路电连接，用于对与每个混沌信号对应的多个状态变量进行取整运算，得到与多个混沌信号分别对应的多组随机数，多组随机数中的每组随机数均包括多个随机数。
[0006]例如，信号映射电路包括：信号选择单元，用于基于混沌模型对多个输入信号进行选择，得到多组信号，多组信号的每组信号包括多个输入信号中的至少一个输入信号；以及多个运算通道，与信号选择单元电连接，用于基于混沌模型分别对多组信号进行映射运算，得到多个混沌信号；其中，信号选择单元还用于在确定多个运算通道的映射运算次数小于预设次数的情况下，基于混沌模型对多个混沌信号进行选择，得到多组信号，并将多组信号分别发送至多个运算通道，多组信号的每组信号包括多个混沌信号中的至少一个混沌信号。
[0007]例如，多个运算通道的每个运算通道包括：第一反相器，用于对多组信号的一组信号进行反相求和运算，得到第一运算结果；反相积分器，与第一反相器电连接，用于对第一运算进行反相积分运算，得到第二运算结果；以及第二反相器，与反相积分器电连接，用于对第二运算结果进行反相比例运算，得到混沌信号。
[0008]例如，信号映射电路还包括：信号生成单元，与多个运算通道电连接，用于生成多个初始信号；其中，多个运算通道还用于基于混沌模型分别对多组信号进行映射运算，得到多个混沌信号，多组信号的每组信号包括多个初始信号中的至少一个初始信号。
[0009]例如，信号生成单元包括多个直流电源，用于分别基于多个初始电压值，生成多个初始信号。
[0010]例如，混沌模型包括四维混沌模型，多个输入信号包括第一输入信号、第二输入信号、第三输入信号和第四输入信号，多个混沌信号包括第一混沌信号、第二混沌信号、第三混沌信号和第四混沌信号，四维混沌模型包括：第一混沌信号与第一输入信号、第二输入信号及第三输入信号之间的映射关系；第二混沌信号与第一输入信号、第二输入信号及第三输入信号之间的映射关系；第三混沌信号与第一输入信号、第二输入信号、第三输入信号及第四输入信号之间的映射关系；以及第四混沌信号与第二输入信号、第三输入信号及第四输入信号之间的映射关系。
[0011]例如，经过n次映射运算输出的多个混沌信号与经过n
‑
1次映射运算输出的多个混沌信号相关，n＝1，2，
…
，N，N为正整数，N为预设次数；当n＝1时，经过n
‑
1次映射运算输出的多个混沌信号为多个初始信号。
[0012]例如，信号采样电路包括：前端调理单元，用于分别对多个混沌信号的波形和幅度进行调理；以及采样单元，分别将调理后的多个混沌信号由模拟信号转换为数字信号，并以预设频率对数字信号进行采样，得到与多个混沌信号中每个混沌信号对应的多个状态变量。
[0013]例如，采样单元还用于以预设频率对数字信号进行3f+D次采样，得到与多个混沌信号中每个混沌信号对应的3f+D个状态变量，其中，f为预设频率，D为每组随机数的随机数数量。
[0014]例如，信号运算电路包括微控制单元，微控制单元用于利用取整模型分别对每个混沌信号对应的多个状态变量进行取整运算，得到与多个混沌信号分别对应的多个随机数序列。
[0015]例如，信号运算电路还包括测试单元，与微控制单元电连接，用于将随机数序列转换为比特流，对比特流进行随机性测试；其中，在确定随机性测试结果均满足随机性要求的情况下，微控制单元还用于输出多个随机数序列。
[0016]根据本公开实施例的另一方面，提供了一种伪随机数生成方法，包括：信号映射电路利用混沌模型对多个输入信号进行映射，得到具有四翼混沌状态的多个混沌信号；信号采样电路对多个混沌信号进行采样，得到与多个混沌信号中每个混沌信号对应的多个状态变量；以及信号运算电路对与每个混沌信号对应的多个状态变量进行取整运算，得到与多个混沌信号分别对应的多组随机数，多组随机数中的每组随机数均包括多个随机数。
[0017]根据本公开实施例，利用具有四翼混沌状态的混沌信号生成随机数，可以增加随机数的数值范围，提高随机数的遍历性和随机性。此外，本公开实施例的伪随机数发生器具有四翼混沌状态的混沌信号的动力学行为复杂，避免混沌信号出现周期性退化的问题，提高随机数应用于加密系统中的安全性。
附图说明
[0018]通过下面结合附图说明本公开实施例，将使本公开实施例的上述及其它目的、特征和优点更加清楚。应注意，贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。
[0019]图1示出了根据本公开实施例的伪随机数发生器的结构示意图；
[0020]图2示出了根据本公开实施例的信号映射电路的结构示意图；
[0021]图3示出了根据本公开另一实施例的信号映射电路的结构示意图；
[0022]图4示出了根据本公开另一实施例的信号映射电路的结构示意图；
[0023]图5A示出了根据本公开实施例的信号生成单元的结构示意图；
[0024]图5B示出了根据本公开实施例的第一运算通道的结构示意图；
[0025]图5C示出了根据本公开实施例的第二运算通道的结构示意图；
[0026]图5D示出了根据本公开实施例的第三运算通道的结构示意图；
[0027]图5E示出了根据本公开实施例的第四运算通道的结构示意图；
[0028]图6示出了根据本公开另一实施例的伪随机数发生器的结构示意图；以及
[0029]图7示出了根据本公开实施例的伪随机数生成方法的流程图。
具体实施方式
[0030]为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部。基于所描述的本公开实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下获得的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种伪随机数发生器，包括：信号映射电路，用于利用混沌模型对多个输入信号进行映射，得到具有四翼混沌状态的多个混沌信号；信号采样电路，与所述信号映射电路电连接，用于对所述多个混沌信号进行采样，得到与所述多个混沌信号中每个混沌信号对应的多个状态变量；以及信号运算电路，与所述信号采样电路电连接，用于对与所述每个混沌信号对应的多个状态变量进行取整运算，得到与所述多个混沌信号分别对应的多组随机数，所述多组随机数中的每组随机数均包括多个随机数。2.根据权利要求1所述的伪随机数发生器，其中，所述信号映射电路包括：信号选择单元，用于基于所述混沌模型对所述多个输入信号进行选择，得到多组信号，所述多组信号的每组信号包括所述多个输入信号中的至少一个输入信号；以及多个运算通道，与所述信号选择单元电连接，用于基于所述混沌模型分别对多组信号进行映射运算，得到多个混沌信号；其中，所述信号选择单元还用于在确定所述多个运算通道的映射运算次数小于预设次数的情况下，基于所述混沌模型对所述多个混沌信号进行选择，得到多组信号，并将所述多组信号分别发送至所述多个运算通道，所述多组信号的每组信号包括多个混沌信号中的至少一个混沌信号。3.根据权利要求2所述的伪随机数发生器，其中，所述多个运算通道的每个运算通道包括：第一反相器，用于对所述多组信号的一组信号进行反相求和运算，得到第一运算结果；反相积分器，与所述第一反相器电连接，用于对所述第一运算进行反相积分运算，得到第二运算结果；以及第二反相器，与所述反相积分器电连接，用于对所述第二运算结果进行反相比例运算，得到混沌信号。4.根据权利要求2所述的伪随机数发生器，其中，所述信号映射电路还包括：信号生成单元，与所述多个运算通道电连接，用于生成多个初始信号；其中，所述多个运算通道还用于基于所述混沌模型分别对多组信号进行映射运算，得到多个混沌信号，所述多组信号的每组信号包括所述多个初始信号中的至少一个初始信号。5.根据权利要求4所述的伪随机数发生器，其中，所述信号生成单元包括：多个直流电源，用于分别基于多个初始电压值，生成多个初始信号。6.根据权利要求1至5之一所述的伪随机数发生器，其中，所述混沌模型包括四维混沌模型，所述多个输入信号包括第一输入信号、第二输入信号、第三输入信号和第四输入信号，所述多个混沌信号包括第一混沌信号、第二混沌信号、第三混沌信号和第四混沌信号，所述四维混沌模型包括：所述第一混沌信号与所述第一输...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨洋，马德寰，范霞萍，时辉煌，
申请(专利权)人：北京奕斯伟计算技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：