具有增强后向保密的随机比特流生成器制造技术

本发明专利技术公开了具有增强后向保密的随机比特流生成器，该用于生成随机比特流的随机比特流生成器包括多个反馈移位寄存器，被配置为存储表示随机比特流生成器的内部状态的多个比特值，其中，每个反馈移位寄存器包括寄存器输入和寄存器输出。随机比特流生成器还包括布尔输出函数，配置为从多个反馈寄存器接收多个寄存器输出，执行多个寄存器输出的第一布尔组合，并提供相应输出比特，其中，多个连续输出比特形成随机比特流。随机比特流生成器还包括反馈回路，配置为执行输出比特与至少一个反馈移位寄存器的至少一个寄存器反馈比特的第二布尔组合，使得至少一个反馈移位寄存器的寄存器输入是输出比特的函数。还公开了一种生成随机比特流的方法。

Random bit stream generator with enhanced backward secrecy

The present invention discloses is enhanced to the random bit stream generator for the secure, random bit stream generator generates a random bit stream includes a plurality of feedback shift register is configured to store a plurality of bits of random bit stream generator internal state values, wherein each feedback shift register includes input and output register register. Random bit stream generator also includes a Boolean output function is configured from a plurality of feedback register receives a plurality of registers, perform the first Boolean combination of multiple registers, and provides the corresponding output bit, wherein, a plurality of continuous output bits form a random bit stream. Random bit stream generator also includes a feedback loop that is configured to perform an output bit with at least one feedback shift register at least one of the second bit register feedback Boolean combinations, so that at least one feedback shift register register input is a function of the output bit. A method of generating a random bit stream is also disclosed.

【技术实现步骤摘要】
具有增强后向保密的随机比特流生成器
本专利技术的实施方式涉及一种随机比特流生成器。本专利技术的另一实施方式涉及一种生成随机比特流的方法。本专利技术的另一实施方式涉及一种其上存储有生成随机比特流的方法的计算机可读数字存储媒介。本专利技术的进一步实施方式涉及用于混合随机数生成器(RNG)中的密钥流生成器的增强后向保密。
技术介绍
混合随机数生成器通常包括真随机数生成器(TRNG)和密码后处理。真随机数生成器利用物理不可预测的效应(放射性衰变、热噪声、振荡器抖动等)来生成随机数。通常，物理随机过程被数字化，由此获得随机比特序列。随机比特序列通常称为原始数据序列。通常进一步对原始数据进行数学后处理以便消除一些技术相关影响，比如偏差，即，O和I不平衡。结果得到用于应用(例如，用于生成密码钥)的随机(比特)序列。就混合随机数生成器而言，密码后处理连接于真随机数生成器下游。
技术实现思路
本专利技术的实施方式提供一种用于生成随机比特流的随机比特流生成器。所述随机比特流生成器包括多个反馈移位寄存器、布尔输出函数以及反馈回路。多个反馈移位寄存器被配置为存储表示随机比特流生成器的内部状态的多个比特值。每个反馈移位寄存器均包括用于接收寄存器输入数据的寄存器输入和用于提供寄存器输出数据的寄存器输出。布尔输出函数配置为接收由多个反馈寄存器提供的寄存器输出数据，执行寄存器输出数据的第一布尔组合，并提供相应输出比特。多个连续输出比特形成随机比特流。反馈回路配置为执行输出比特与至少一个反馈移位寄存器的至少一个寄存器反馈比特的第二布尔组合，使得至少一个反馈移位寄存器的寄存器输入数据是输出比特的函数。本专利技术的另一实施方式提供一种随机比特流生成器，其包括内部状态存储器、输出函数以及内部状态修改器。内部状态存储器配置为存储随机比特流生成器的内部状态。输出函数被配置为使用当前内部状态的至少一部分来确定随机比特流的当前输出比特。内部状态修改器配置为利用当前内部状态的至少另一部分和随机比特流的当前输出比特来修改内部状态。本专利技术的进一步实施方式提供一种用于生成随机比特流的随机比特流生成器，该生成器包括:用于存储多个比特值的装置，用于确定随机比特流的连续输出比特的装置，以及用于更新内部状态的装置。由存储装置存储的多个比特值表示随机比特流生成器的内部状态。用于确定随机比特流的连续输出比特的装置基于表示内部状态的比特值的一部分的布尔组合来这样做。用于更新内部状态的装置基于随机比特流的连续输出比特的当前输出比特和随机比特流生成器的当前内部状态来这样做。本专利技术的进一步实施方式提供一种生成随机比特流的方法。所述方法包括:从状态存储器中读取生成随机比特流的方法的当前内部状态的第一部分，当前内部状态的第一部分用多个比特值表示；基于表示当前内部状态的第一部分的多个比特值的布尔组合确定随机比特流的新输出比特；基于新输出比特和当前内部状态的第二部分确定下一内部状态的至少一个新输入比特值；以及将新输入比特值提供给状态存储器以便将当前内部状态修改成下一内部状态。本专利技术的又一实施方式提供一种生成随机比特流的方法，所述方法包括:利用生成随机比特流的方法的当前内部状态的一部分确定随机比特流的当前输出比特；以及利用当前内部状态的至少另一部分和当前输出比特修改内部状态。本专利技术的又一实施方式提供一种计算机可读数字存储媒介，其上存储具有在计算机上运行时用于执行前两段中任意一段中描述的生成随机比特流的方法的程序代码的计算机程序。【附图说明】利用附图来描述本专利技术的实施方式，其中:图1是混合随机数生成器(HRNG)的示意框图；图2是密码后处理的操作的示意图；图3示出了尤其根据高级加密标准(AES)的分组加密器的输入和输出；图4示出了利用几个AES实例来对混合RNG进行密码后处理的示意框图；图5示出了流加密器的示意框图；图6示出了密钥流模式下的流加密器；图7示出了根据实施方式的密钥流反馈模式下的流加密器；图8示出了根据又一实施方式的流加密器的示意框图；图9示出了根据实施方式的随机比特流生成器的示意框图；图10示出了根据又一实施方式的随机比特流生成器；图11示出了根据实施方式的生成随机比特流的方法的示意流程图；图12示出了根据又一实施方式的生成随机比特流的方法的示意流程图；图13示出了根据某些实施方式的具有增强后向保密的混合随机数生成器的示意框图；图14示出了根据某些又一实施方式的具有增强后向保密的混合随机数生成器的示意框图；图15示出了不具有增强后向保密的混合随机数生成器的示意框图；图16示出了具有利用散列函数实现的增强后向保密的混合随机数生成器的示意框图；图17示出了根据某些实施方式的具有通过EBS模块中生成的比特序列对内部状态产生的永久影响实现的增强后向保密的混合随机数生成器的示意框图；图18示出了根据某又一实施方式的具有通过EBS模块中生成的比特序列对HRNG输出序列产生的永久影响实现的增强后向保密的混合随机数生成器的示意框图；图19示出了根据某些进一步实施方式的具有增强后向保密的混合随机数生成器的示意框图。【具体实施方式】在利用附图详细描述本专利技术的以下实施方式之前，要指出的是相同元件或具有相同功能的元件设置有相同或相似参考编号，并且通常省略对设置有相同或相似参考编号的元件进行重复描述。因此，对具有相同或相似参考编号的元件提供的描述可相互交换。在以下描述中，陈述多个细节以便对本专利技术的实施方式进行更彻底的解释。然而，对本领域技术人员显而易见的是，即使没有这些具体细节也可实施本专利技术的实施方式。在其他情况下，已知的结构和设备以框图的形式示出，而不详细示出，以免淡化本专利技术的实施方式。另外，下文描述的不同实施方式的特征可以相互结合，除非特别注明。图1示出了混合随机数生成器(HRNG)的示意框图。HRNG包括物理噪声源1、数字转换器2、数学后处理4以及密码后处理6。物理噪声源1、数字转换器2和数学后处理4通常是真随机数生成器(TRNG)的一部分。所有这四个方框，即物理噪声源1、数字转换器2、数学后处理4以及密码后处理6，表示混合随机数生成器(HRNG)。当在硬件中实现时，实现密码后处理的密码算法通常需要一大部分区域。真随机比特输入密码后处理6中的比率可以改变。例如，按照5:1的比率，密码后处理6具有真随机比特的压缩机的功能。比率可以为1:1，在这种情况下，密码后处理6具有真随机比特的扰码器的功能。该比率甚至可以高达1:512，在这种情况下，密码后处理6具有作为扩展器的性能。在后一种情况下，混合RNG增强了 RNG的性能:在相同的时间期间，除TRNG单独能够应用之外，提供更多的随机数以便供HRNG应用。因为随机数生成器(RNG)被并入至许多产品中并在无数密码应用中起着重要作用，所以也经常利用规定需要由随 机数生成器实现的最低标准的标准化组织、政府机关和/或其他组织对这些随机数生成器进行估计。相对新增加的需求是所谓的“增强后向保密”(也称为“回溯阻抗”)，理解如下。让我们假设TRNG出现故障并且密码后处理继续以自主方式运行。在这样做的过程中，密码后处理产生伪随机数。假设rl，r2，r3，…是密码后处理产生的比特序列(即，伪随机序列)。密码后处理6具有通常为几百比特数量级的存储器。该存储器在时刻t的内容被本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于生成随机比特流的随机比特流生成器，所述随机比特流生成器包括：多个反馈移位寄存器，被配置为存储表示所述随机比特流生成器的内部状态的多个比特值，其中，每个反馈移位寄存器均包括用于接收寄存器输入数据的寄存器输入端和用于提供寄存器输出数据的寄存器输出端；布尔输出函数，被配置为接收由所述多个反馈寄存器的所述寄存器输出端提供的所述寄存器输出数据，执行所述寄存器输出数据的第一布尔组合，并提供相应的输出比特，其中，多个连续的输出比特形成所述随机比特流；以及反馈回路，被配置为执行所述输出比特与所述多个反馈移位寄存器中的至少一个的至少一个寄存器反馈比特的第二布尔组合，使得所述至少一个反馈移位寄存器的所述寄存器输入数据为所述输出比特的函数。

【技术特征摘要】
2012.07.10 US 13/545,5871.一种用于生成随机比特流的随机比特流生成器，所述随机比特流生成器包括: 多个反馈移位寄存器，被配置为存储表示所述随机比特流生成器的内部状态的多个比特值，其中，每个反馈移位寄存器均包括用于接收寄存器输入数据的寄存器输入端和用于提供寄存器输出数据的寄存器输出端； 布尔输出函数，被配置为接收由所述多个反馈寄存器的所述寄存器输出端提供的所述寄存器输出数据，执行所述寄存器输出数据的第一布尔组合，并提供相应的输出比特，其中，多个连续的输出比特形成所述随机比特流；以及 反馈回路，被配置为执行所述输出比特与所述多个反馈移位寄存器中的至少一个的至少一个寄存器反馈比特的第二布尔组合，使得所述至少一个反馈移位寄存器的所述寄存器输入数据为所述输出比特的函数。2.根据权利要求1所述的随机比特流生成器，其中，所述多个反馈移位寄存器中的至少一个为线性反馈移位寄存器。3.根据权利要求1所述的随机比特流生成器，其中，所述多个反馈移位寄存器中的至少一个为非线性反馈移位寄存器。4.根据权利要求1所述的随机比特流生成器，其中，所述多个反馈移位寄存器中的至少两个具有不同的长度。5.根据权利要求1所述的随机比特流生成器，其中，由所述反馈回路执行的所述第二布尔组合为所述输出比特与所述至少一个反馈寄存器的所述寄存器反馈比特的异或组合。6.根据权利要求1所述的随机比特流生成器，其中，所述多个反馈移位寄存器中的每一个均包括反馈函数，所 述反馈函数被配置为基于由所述相应反馈移位寄存器存储的所选比特值的布尔组合，来确定所述相应反馈移位寄存器的所述寄存器反馈比特。7.根据权利要求1所述的随机比特流生成器，还包括被配置为基于种子信息来将所述反馈移位寄存器的所述内部状态初始化的状态初始化器。8.根据权利要求7所述的随机比特流生成器，其中，所述状态初始化器包括逻辑初始化函数，所述逻辑初始化函数被配置为接收所述种子信息作为输入并向所述多个反馈移位寄存器加载表示所述随机比特流生成器的与所述种子信息相关联的初始状态的比特值。9.根据权利要求1所述的随机比特流生成器，还包括被配置为从随机生成器接收随机比特序列或从伪随机生成器接收伪随机比特序列的随机信息接口，其中，所述反馈回路被配置为处理所述随机比特序列或所述伪随机比特序列，使得所述至少一个反馈移位寄存器的所述寄存器输入还为所述随机比特序列或所述伪随机比特序列的函数。10.根据权利要求1所述的随机比特流生成器，还包括: 辅助比特序列产生器，被配置为产生辅助比特序列；以及 辅助比特序列组合器，被配置为将所述辅助比特序列与所述寄存器输入数据、所述寄存器输出数据和所述输出比特中的一个逻辑组合。11.根据权利要求10所述的随机比特流生成器，还包括: 第二辅助比特序列产生器，被配置为产生第二辅助比特序列；以及 第二辅助比特序列组合器，被配置为将所述第二辅助比特序列与所述寄存器输入数据逻辑组合； 其中，所述辅助比特序列组合器被配置为将所述辅助比特序列与所述输出比特逻辑组人口 O12.根据权利要求10所述的随机比特流生成器，其中，所述辅助比特序列产生器包括反馈移位寄存器。13.根据权利要求1所述的随机比特流生成器，其中，所述随机比特流生成器为随机数生成器或伪随机数生成器。14.根据权利要求1所述的随机比特流生成器，其中，所述随机比特流生成器为流加密生成器。15.一种用于生成随机比特流的随机比特流生成器，所述随机比特流生成器包括: 内部状态存储器，被配置为存储所述随机比特流生成器的内部状态； 输出函数，被配置为使用当前内部状态的至少一部分来确定所述随机比特流的当前输出比特；以及 内部状态修改器，被配置为利用所述当前内部状态的至少另一部分和所述随机比特流的所述当前输出比特来修改所述内部状态。16.根据权利要求15所述的随机比特流生成器，其中，所述内部状态修改器被配置为执行所述当前内部状态的所述至少另一部分和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖纳·戈特费尔特，威兰·菲舍尔，马库斯·盖尔，奔迪特·加梅尔，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：