【技术实现步骤摘要】
本专利技术实施例涉及但不限于硬件安全电路，特别是涉及一种基于置位复位锁存器结构的真随机数产生器。
技术介绍
1、随着电子与通信技术的发展，信息安全越来越重要。任何信息安全系统的安全性都取决于随机数的随机性，为了满足安全性这个最根本的要求，必须采用高质量的完全不可预测的真随机数。在硬件安全中，通过提取电路中的物理随机源来产生随机数的真随机数发生器由于具有不可预测性，保证了输出的随机数质量，为密码系统的安全性提供了有力保障。
2、在现有的真随机数算法后处理方法中，包括异或运算、冯诺依曼校正器、线性反馈移位寄存器纠偏等，会丢弃大量采样的随机数，使输出的吞吐量不高，难以用在高速和高吞吐量的应用场合。
技术实现思路
1、以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
2、本专利技术实施例提供了一种基于置位复位锁存器结构的真随机数产生器，能够不丢弃采样随机数，在满足随机性的情况下，具有高吞吐率和高速的优点。
3、本专利技术实施例提供了一种基于置位复位锁存器结构的真随机数产生器，包括熵源提取主电路、输出采样电路、统计分析电路和自校准反馈电路，所述熵源提取主电路包括两个相同的电阻r1、r2，两个相同材料和大小的可变电容器c1、c2，一个置位复位锁存器；所述电阻r1和所述可变电容器c1连接到所述置位复位锁存器的置位端a1，所述电阻r2和所述可变电容器c2连接到所述置位复位锁存器的复位端a2，所述置位复位锁存器的输出端连接实现翻转功能的逻
4、在一些实施例中，当所述输出采样电路里面输出“1”超过阈值上限时，所述统计分析电路输出低电平使能信号，使所述自校准反馈电路中的可逆计算器实施累减功能，则所述自校准反馈电路中的数模转换器的输出电压vrdac减少，使所述可变电容器c2两极板的压差增大，所述可变电容器c2的容值增大，延迟复位信号掉电的时间，所述置位复位锁存器输出0的概率增加。
5、在一些实施例中，当所述输出采样电路里面输出“1”超过阈值下限时，所述统计分析电路输出高电平使能信号，使所述自校准反馈电路中的可逆计算器实施累加功能，则所述自校准反馈电路中的数模转换器的输出电压vrdac增加，使所述可变电容器c2两极板的压差减小，所述可变电容器c2的容值减小，提前复位信号掉电的时间，所述置位复位锁存器输出1的概率增加。
6、在一些实施例中，所述置位复位锁存器由或非门构成，所述可变电容器c1和所述可变电容器c2采用mos管栅源电容，所述可变电容器c1的栅端连接到所述置位复位锁存器的置位端a1，所述可变电容器c2的栅端连接到所述置位复位锁存器的复位端a2，所述可变电容器c1的源端和漏端各自短接，所述可变电容器c2的源端和漏端各自短接，所述可变电容器c1的源端和漏端接入参考电压vref，所述可变电容器c2的源端和漏端接入所述自校准反馈电路的输出电压vrdac。
7、在一些实施例中，所述置位复位锁存器由与非门构成，所述可变电容器c1和所述可变电容器c2采用mos管栅源电容，所述可变电容器c1的栅端连接到所述置位复位锁存器的置位端a1，所述可变电容器c2的栅端连接到所述置位复位锁存器的复位端a2，所述可变电容器c1的源端和漏端各自短接，所述可变电容器c2的源端和漏端各自短接，所述可变电容器c1的源端和漏端接入参考电压vref，所述可变电容器c2的源端和漏端接入所述自校准反馈电路的输出电压vrdac。
8、在一些实施例中，所述输出采样电路由移位寄存器实现，输出方式为并行输出。
9、在一些实施例中，所述统计分析电路由二进制加法器的输出和逻辑门电路设置输出随机数“1”的频率阈值上限ph和频率阈值下限pl，对所述二进制加法器设置由时钟控制的输出使能电路，n个输出中“1”的概率范围就变成介于(pl-δ,ph+δ)到(pl,ph)之间的一个动态范围，随机数“1”的频率高于频率阈值上限ph和频率阈值下限pl时输出一个使能信号给所述自校准反馈电路，其中，δ为变量。
10、在一些实施例中，所述使能信号控制可逆计算器进行加或减运算，使所述自校准反馈电路中的数模转换器输出电压增加或减少，并通过电压信号反馈到可变电容器的极板上，调整可变电容器的容值，以实现对所述置位端a1和所述复位端a2掉电或上电的延时控制。
11、在一些实施例中，在所述自校准反馈电路中，使用复用器来选择计数器实现累加或者累减功能，所述复用器的开关信号为所述统计分析电路输出的使能信号，当统计分析电路输出的使能信号为“0”时，所述复用器选择累减功能；当所述统计分析电路输出的使能信号为“1”时，所述复用器选择累加功能。
12、在一些实施例中，还包括滤波电容cf，将所述滤波电容cf设置在所述可变电容器c1和所述可变电容器c2的下级板处。
13、本专利技术实施例包括：基于置位复位锁存器结构的真随机数产生器包括熵源提取主电路、输出采样电路、统计分析电路和自校准反馈电路，其中，熵源提取主电路包括两个相同的电阻r1、r2，两个相同材料和大小的可变电容器c1、c2，一个置位复位锁存器；电阻r1和可变电容器c1连接到置位复位锁存器的置位端a1，电阻r2和可变电容器c2连接到置位复位锁存器的复位端a2，置位复位锁存器的输出端连接实现翻转功能的逻辑门电路，逻辑门电路输出的翻转信号分别连接到置位端a1和复位端a2形成一个震荡环路，可变电容器c1的下级板接入一个参考电压vref，可变电容器c2的下级板接入自校准反馈电路的输出电压vrdac，将熵源提取主电路里的震荡信号作为采样电路、统计分析电路和自校准反馈电路的时钟信号，置位复位锁存器的输出端接入输出采样电路对输出的随机数进行采样，并通过统计分析电路计算输出采样电路中“1”的数量，通过对输出的随机数进行统计分析设定频率“1”的阈值上限和阈值下限在包含1/2的一个范围内，并通过自校准反馈电路调节可变电容器c1、c2的容值大小，以使置位复位锁存器的输出维持在设定的频率“1”的阈值上限和下限之间的动态范围内。基于此，熵源提取主电路通过可变电容器补偿置位复位锁存器两输入端口的rc延迟时间，使输出“0”或“1”的数量基本相等。输出采样电路通过移位寄存器存储输本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于置位复位锁存器结构的真随机数产生器，其特征在于，包括熵源提取主电路、输出采样电路、统计分析电路和自校准反馈电路，所述熵源提取主电路包括两个相同的电阻R1、R2，两个相同材料和大小的可变电容器C1、C2，一个置位复位锁存器；所述电阻R1和所述可变电容器C1连接到所述置位复位锁存器的置位端A1，所述电阻R2和所述可变电容器C2连接到所述置位复位锁存器的复位端A2，所述置位复位锁存器的输出端连接实现翻转功能的逻辑门电路，所述逻辑门电路输出的翻转信号分别连接到所述置位端A1和所述复位端A2形成一个震荡环路，所述可变电容器C1的下级板接入一个参考电压VREF，所述可变电容器C2的下级板接入所述自校准反馈电路的输出电压VRDAC，将所述熵源提取主电路里的震荡信号作为所述采样电路、所述统计分析电路和所述自校准反馈电路的时钟信号，所述置位复位锁存器的输出端接入所述输出采样电路对输出的随机数进行采样，并通过所述统计分析电路计算所述输出采样电路中“1”的数量，通过对输出的随机数进行统计分析设定频率“1”的阈值上限和阈值下限在包含1/2的一个范围内，并通过所述自校准反馈电路调节所述可变电容
2.根据权利要求1所述的基于置位复位锁存器结构的真随机数产生器，其特征在于，当所述输出采样电路里面输出“1”超过阈值上限时，所述统计分析电路输出低电平使能信号，使所述自校准反馈电路中的可逆计算器实施累减功能，则所述自校准反馈电路中的数模转换器的输出电压VRDAC减少，使所述可变电容器C2两极板的压差增大，所述可变电容器C2的容值增大，延迟复位信号掉电的时间，所述置位复位锁存器输出0的概率增加。
3.根据权利要求1所述的基于置位复位锁存器结构的真随机数产生器，其特征在于，当所述输出采样电路里面输出“1”超过阈值下限时，所述统计分析电路输出高电平使能信号，使所述自校准反馈电路中的可逆计算器实施累加功能，则所述自校准反馈电路中的数模转换器的输出电压VRDAC增加，使所述可变电容器C2两极板的压差减小，所述可变电容器C2的容值减小，提前复位信号掉电的时间，所述置位复位锁存器输出1的概率增加。
4.根据权利要求1所述的基于置位复位锁存器结构的真随机数产生器，其特征在于，所述置位复位锁存器由或非门构成，所述可变电容器C1和所述可变电容器C2采用MOS管栅源电容，所述可变电容器C1的栅端连接到所述置位复位锁存器的置位端A1，所述可变电容器C2的栅端连接到所述置位复位锁存器的复位端A2，所述可变电容器C1的源端和漏端各自短接，所述可变电容器C2的源端和漏端各自短接，所述可变电容器C1的源端和漏端接入参考电压VREF，所述可变电容器C2的源端和漏端接入所述自校准反馈电路的输出电压VRDAC。
5.根据权利要求1所述的基于置位复位锁存器结构的真随机数产生器，其特征在于，所述置位复位锁存器由与非门构成，所述可变电容器C1和所述可变电容器C2采用MOS管栅源电容，所述可变电容器C1的栅端连接到所述置位复位锁存器的置位端A1，所述可变电容器C2的栅端连接到所述置位复位锁存器的复位端A2，所述可变电容器C1的源端和漏端各自短接，所述可变电容器C2的源端和漏端各自短接，所述可变电容器C1的源端和漏端接入参考电压VREF，所述可变电容器C2的源端和漏端接入所述自校准反馈电路的输出电压VRDAC。
6.根据权利要求1所述的基于置位复位锁存器结构的真随机数产生器，其特征在于，所述输出采样电路由移位寄存器实现，输出方式为并行输出。
7.根据权利要求1所述的基于置位复位锁存器结构的真随机数产生器，其特征在于，所述统计分析电路由二进制加法器的输出和逻辑门电路设置输出随机数“1”的频率阈值上限PH和频率阈值下限PL，对所述二进制加法器设置由时钟控制的输出使能电路，N个输出中“1”的概率范围就变成介于(PL-δ,PH+δ)到(PL,PH)之间的一个动态范围，随机数“1”的频率高于频率阈值上限PH和频率阈值下限PL时输出一个使能信号给所述自校准反馈电路，其中，δ为变量。
8.根据权利要求7所述的基于置位复位锁存器结构的真随机数产生器，其特征在于，所述使能信号控制可逆计算器进行加或减运算，使所述自校准反馈电路中的数模转换器输出电压增加或减少，并通过电压信号反馈到可变电容器的极板上，调整可变电容器的容值，以实现对所述置位端A1和所述复位端A2掉电或上电的延时控制。
9.根据权利要求1所述的基于置位复位锁存器结构的真随机数产生器，其特征在于，在所述自校准反馈电路中，使用复用器来选择计数器实现累加或...
【技术特征摘要】
1.一种基于置位复位锁存器结构的真随机数产生器，其特征在于，包括熵源提取主电路、输出采样电路、统计分析电路和自校准反馈电路，所述熵源提取主电路包括两个相同的电阻r1、r2，两个相同材料和大小的可变电容器c1、c2，一个置位复位锁存器；所述电阻r1和所述可变电容器c1连接到所述置位复位锁存器的置位端a1，所述电阻r2和所述可变电容器c2连接到所述置位复位锁存器的复位端a2，所述置位复位锁存器的输出端连接实现翻转功能的逻辑门电路，所述逻辑门电路输出的翻转信号分别连接到所述置位端a1和所述复位端a2形成一个震荡环路，所述可变电容器c1的下级板接入一个参考电压vref，所述可变电容器c2的下级板接入所述自校准反馈电路的输出电压vrdac，将所述熵源提取主电路里的震荡信号作为所述采样电路、所述统计分析电路和所述自校准反馈电路的时钟信号，所述置位复位锁存器的输出端接入所述输出采样电路对输出的随机数进行采样，并通过所述统计分析电路计算所述输出采样电路中“1”的数量，通过对输出的随机数进行统计分析设定频率“1”的阈值上限和阈值下限在包含1/2的一个范围内，并通过所述自校准反馈电路调节所述可变电容器c1、c2的容值大小，以使所述置位复位锁存器的输出维持在设定的频率“1”的阈值上限和下限之间的动态范围内。
2.根据权利要求1所述的基于置位复位锁存器结构的真随机数产生器，其特征在于，当所述输出采样电路里面输出“1”超过阈值上限时，所述统计分析电路输出低电平使能信号，使所述自校准反馈电路中的可逆计算器实施累减功能，则所述自校准反馈电路中的数模转换器的输出电压vrdac减少，使所述可变电容器c2两极板的压差增大，所述可变电容器c2的容值增大，延迟复位信号掉电的时间，所述置位复位锁存器输出0的概率增加。
3.根据权利要求1所述的基于置位复位锁存器结构的真随机数产生器，其特征在于，当所述输出采样电路里面输出“1”超过阈值下限时，所述统计分析电路输出高电平使能信号，使所述自校准反馈电路中的可逆计算器实施累加功能，则所述自校准反馈电路中的数模转换器的输出电压vrdac增加，使所述可变电容器c2两极板的压差减小，所述可变电容器c2的容值减小，提前复位信号掉电的时间，所述置位复位锁存器输出1的概率增加。
4.根据权利要求1所述的基于置位复位锁存器结构的真随机数产生器，其特征在于，所述置位复位锁存器由或非门构成，所述可变电容器c1和所述可变电容器c2采用mos管栅源电容，所述可变电容器c1的栅端连接到所述置位复位锁存器的置位端a1，所述可变电容器c2的栅端...
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