專利名稱：一種真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器及其實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信息安全領(lǐng)域，具體涉及ー種真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器及其實現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代信息安全技術(shù)中，密碼技術(shù)應(yīng)用日益廣泛，其中用于通訊雙方加密、解密的密鑰尤為關(guān)鍵，而密鑰一般都是由隨機(jī)數(shù)發(fā)生器(Random Number Generator,RNG)產(chǎn)生的。因此，隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的性能直接決定了密鑰的安全性，亦即決定了密碼系統(tǒng)的安全性。隨機(jī)數(shù)發(fā)生器可分為偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器(PRNG)和真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器(TRNG)。偽隨機(jī)數(shù)是由種子和一定的數(shù)學(xué)算法產(chǎn)生的，其序列周期長度有限，隨機(jī)性較差，是可以預(yù)測的，一般應(yīng)用在安全性不高的場合；真隨機(jī)數(shù)是由物理方法產(chǎn)生的，選取了真實世界的自然隨機(jī)性，因而具有隨機(jī)性好，不可預(yù)測等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于信息安全領(lǐng)域。 目前真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的實現(xiàn)方案一般有三種直接放大法、振蕩采樣法、離散時間混沌法。真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的實現(xiàn)方案中，直接放大法主要利用了電路中的物理噪聲，但電路實現(xiàn)易受到開關(guān)噪聲、襯底耦合、串?dāng)_等非理想因素的影響，使隨機(jī)性大大降低；離散時間混沌法利用混沌電路的不可預(yù)測性及對初始條件敏感的依賴性產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，但其存在對確定性噪聲不敏感，響應(yīng)時間較長等缺點；振蕩采樣法主要通過D觸發(fā)器把兩個獨立的振蕩信號進(jìn)行信號混合，但要獲得較好的隨機(jī)性，要求采樣時鐘具有較大的相位噪聲。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述缺陷，本發(fā)明提供了一種真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器及其實現(xiàn)方法，通過提取片上電阻噪聲作為隨機(jī)源，并應(yīng)用壓控振蕩器、電荷泵和后處理算法的設(shè)計提高了振蕩信號的相位噪聲，降低了耦合、串?dāng)_等非理性因素的影響，從而極大的提高了所生成隨機(jī)數(shù)據(jù)的隨機(jī)特性。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，其包括電源模塊和電源管理単元出)，其改進(jìn)之處在于，所述真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器包括時鐘單元、采樣器(3)、后處理單元
(4)和偏置電路(5);所述電源管理単元(6)將接收到的所述電源模塊發(fā)出的電源信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并用轉(zhuǎn)換的電源信號對所述真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器進(jìn)行供電；所述偏置電路(5)將接收到的電源信號傳輸?shù)剿鰰r鐘単元；所述時鐘単元、采樣器(3)和后處理單元(4)依次連接。本發(fā)明提供的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述電源模塊包括分別向所述電源管理単元(6)發(fā)出電源信號的VDD和VSS。本發(fā)明提供的第二優(yōu)選技術(shù)方案中，所述時鐘単元包括分別與所述采樣器(3)連接的第一時鐘源⑴和第二時鐘源⑵；所述第二時鐘源⑵與所述偏置電路(5)連接。本發(fā)明提供的第三優(yōu)選技術(shù)方案中，所述第一時鐘源(I)包括緩沖器(11)和與其連接的環(huán)形振蕩器(12)，所述緩沖器(11)與所述采樣器(3)連接。本發(fā)明提供的第四優(yōu)選技術(shù)方案中，所述第二時鐘源(2)包括噪聲源(7)、處理単元(8)、壓控振蕩器VCO(9)和偏置電路(10);所述處理単元(8)將接收的所述噪聲源
(7)的信號進(jìn)行處理；所述壓控振蕩器VCO (9)分別接收所述處理単元(8)和所述偏置電路
(10)傳輸?shù)男盘?；所述壓控振蕩器VCO(9)與采樣器(3)連接。本發(fā)明提供的第五優(yōu)選技術(shù)方案中，所述噪聲源(7)包括第一噪聲源(13)和第ニ噪聲源(14);所述處理単元(8)包括第一緩沖放大單元(15)、第二緩沖放大單元(16)、電荷泵(17)和濾波器(18);所述第一噪聲源(13)經(jīng)過所述第一緩沖放大單元(15)進(jìn)行幅度放大后進(jìn)入所述電荷泵(17)的UP端ロ，所述第二噪聲源(14)經(jīng)過所述第二緩沖放大単元(16)進(jìn)行幅度放大后進(jìn)入所述電荷泵(17)的DN端ロ，所述電荷泵(17)的輸出端分別與所述濾波器(18)和壓控振蕩器(9)連接。本發(fā)明提供的第六優(yōu)選技術(shù)方案中，所述電荷泵(17)包括依次設(shè)置的充電電流 源(19)、壓控開關(guān)(21，22)和放電電流源(20);所述電荷泵(17)的UP端口和DN端ロ分別控制充電通路的所述壓控開關(guān)(21)和放電通路的所述壓控開關(guān)(22)，所述充電電流源
(19)和所述放電電流源(20)具有相等的電流信號。本發(fā)明提供的第七優(yōu)選技術(shù)方案中，所述后處理單元(4)，采用48位線性反饋移位寄存器LFSR ;所述后處理單元(4)的反饋位異或所述采樣器(3)的輸出數(shù)據(jù)；所述LFSR使用多項式f (X) f(x) =X48+X7+X5+X4+X2+X+1，多項式f(x)的初始值由采樣器(3)產(chǎn)生。本發(fā)明提供的第八優(yōu)選技術(shù)方案中，所述第一時鐘源(I)、第二時鐘源(2)、所述采樣器(3)和所述后處理單元(4)之間采用保護(hù)環(huán)進(jìn)行隔離處理。本發(fā)明提供的第九優(yōu)選技術(shù)方案中，所述保護(hù)環(huán)使用電磁屏蔽材料制造。本發(fā)明提供的第十優(yōu)選技術(shù)方案中，所述電磁屏蔽材料為導(dǎo)電橡膠、導(dǎo)電布、導(dǎo)電泡棉和導(dǎo)電布膠帯。本發(fā)明提供的較優(yōu)選技術(shù)方案中，所述真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器使用型號為CEPESAMDB/V100404/1108 的芯片。本發(fā)明提供的第二較優(yōu)選技術(shù)方案中，提供一種真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器實現(xiàn)方法，包含如下具體步驟(1).VDD/VSS上電后，電源管理単元(6)開始工作，為真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的各個單元提供電壓；偏置電路(5)為第二時鐘源(2)提供偏置電壓信號；(2).第二時鐘源⑵中的偏置電路(10)為壓控振蕩器(9)提供偏置電壓；噪聲源(7)發(fā)出的信號經(jīng)過處理單元(8)處理后作為壓控振蕩器(9)輸入信號的電壓信號，壓控振蕩器(9)的輸出信號作為第二時鐘源(2)的輸出CLK2 ；(3).環(huán)型振蕩器(12)產(chǎn)生的信號經(jīng)過緩沖器(11)處理后得到的信號作為第一時鐘源⑴的輸出CLKl ；(4).采樣器(3)對接收的CLKl和CLK2進(jìn)行數(shù)字混合生成隨機(jī)數(shù)據(jù)；(5).后處理單元⑷處理接收的采樣器(3)的隨機(jī)數(shù)據(jù)，輸出隨機(jī)序列；其中，第一時鐘源⑴的輸出CLKl作為采樣器(3)的數(shù)據(jù)信號；第二時鐘源(2)的輸出CLK2作為采樣器(3)的采樣時鐘信號。本發(fā)明提供的第三較優(yōu)選技術(shù)方案中，在所述步驟2中，(2-1).第一緩沖放大單元(15)處理噪聲源(13)產(chǎn)生的噪聲信號作為電荷泵
(17)的UP信號；第二緩沖放大單元(16)處理噪聲源(14)產(chǎn)生的噪聲信號作為電荷泵(17)的DN信號；(2-2).電荷泵(17)處理過的UP信號及DN信號經(jīng)過濾波器(18)的處理，作為壓控振蕩器(9)的輸入信號；(2-3).壓控振蕩器VCO (9)產(chǎn)生方波信號作為第二時鐘源VCO (2)的輸出CLK2 ；其中，方波信號的頻率與輸入信號相關(guān)。與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供的一種真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器及其實現(xiàn)方法，通過提取片上 電阻噪聲作為隨機(jī)源，并應(yīng)用壓控振蕩器、電荷泵和后處理算法的設(shè)計提高了振蕩信號的相位噪聲，降低了耦合、串?dāng)_等非理性因素的影響，從而極大的提高了所生成隨機(jī)數(shù)據(jù)的隨機(jī)特性；利用相位噪聲較大的第二時鐘源對較高頻的第一時鐘源進(jìn)行采樣，產(chǎn)生具有高隨機(jī)度的隨機(jī)數(shù)據(jù)序列；而且，通過采用保護(hù)環(huán)將整個發(fā)生器進(jìn)行了合理的布圖設(shè)計，減小了耦合、串?dāng)_等非理想因素的影響，減小了所生成隨機(jī)數(shù)與外界因素的相關(guān)性，増大了其與電阻噪聲的相關(guān)性，提高了隨機(jī)特性；第二時鐘源通過對兩路電阻噪聲信號處理的方式消除了耦合及串?dāng)_等非理想因素帶來的影響，提高了隨機(jī)數(shù)的方差特性；再者，后處理單元結(jié)構(gòu)簡單，非常適合于集成電路硬件實現(xiàn)，運行速度快，可產(chǎn)生具有良好統(tǒng)計特性的序列。


圖I為真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的具體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為第二時鐘源中處理單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為電荷泵的結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖5為后處理單元的原理示意圖。
具體實施例方式圖I至圖5的附圖標(biāo)記如下I-第一時鐘源(CLKl)，2-第二時鐘源(CLK2)，3_采樣器，4_后處理單元，5_偏置電路，6-電源管理単元，7-噪聲源，8-處理單元，9-壓控振蕩器(VCO)，10-偏置電路，11-緩沖期，12-環(huán)形振蕩器，13-第一噪聲源，14-第二噪聲源，15-第一緩沖放大單元，16-第二緩沖放大單元,17-電荷泵，18-濾波器，19-充電電流源，20-放電電流源，21-充電通路的壓控開關(guān)，22-放電通路的壓控開關(guān)。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器做進(jìn)ー步詳細(xì)的說明。本發(fā)明的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的結(jié)構(gòu)如附圖I所示，包括第一時鐘源I、第二時鐘源2、采樣器3、后處理單元4、偏置電路5和電源管理単元6，第一時鐘源I和第二時鐘源2的輸出端均與采樣器3的輸入端相連，所述采樣器的輸出端與后處理單元4相連，所述電源管理単元6與偏置電路5的輸入端相連并為整個發(fā)生器供電，所述偏置電路5的輸出端與第二時鐘源2相連。端ロ Enable是TRNG (真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器)的使能信號，控制TRNG的工作狀態(tài)；端ロVDD、VSS是系統(tǒng)的電源信號；端ロ TRNG_0UT是系統(tǒng)產(chǎn)生的真隨機(jī)數(shù)序列的輸出信號?？傮wTRNG系統(tǒng)由第一時鐘源I、第二時鐘源2、采樣器3、后處理單元4、偏置電路5、電源管理模塊6組成。其中，第一時鐘源I主要產(chǎn)生一路高頻的時鐘信號,第二時鐘源2產(chǎn)生一路相位噪聲較大的低頻時鐘信號，采樣器3實現(xiàn)兩路時鐘信號的數(shù)字混合并生成具有一定隨機(jī)度的真隨機(jī)數(shù)，后處理單元4對采樣器3生成的隨機(jī)數(shù)進(jìn)行處理，以進(jìn)ー步增強(qiáng)其隨機(jī)特性；電源管理単元6主要負(fù)責(zé)電壓轉(zhuǎn)換并給整個系統(tǒng)供電，偏置電路5為第二時鐘源2提供偏置電壓。為減小模塊間的串?dāng)_、耦合，提高系統(tǒng)的隨機(jī)性，物理設(shè)計時按照附圖2所示方式進(jìn)行布圖。將整個系統(tǒng)分為四部分，分別為一 )由噪聲源7、處理單元8、壓控振蕩器(VC0)9和偏置電路10組成的第二時鐘源2 ；ニ)由環(huán)型振蕩器12和緩沖器11組成的第一時鐘源I ;
三)采樣器3 ；四)后處理單元4 ；布圖時四個部分之間運用保護(hù)環(huán)(Guard Ring，如虛線所示)進(jìn)行隔離處理。其中，第一時鐘源I和第二時鐘源2在芯片中的擺放位置盡可能遠(yuǎn)(附圖2中處于對角線上)，并對第二時鐘源2中的壓控振蕩器9作另外的隔離處理(如虛線所示)。真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的工作流程包含如下步驟步驟一、(5 6)電源VDD/VSS上電后，電源管理單元6開始工作，為偏置電路5及其他電路提供穩(wěn)定電壓；偏置電路5為第二時鐘源2提供偏置電壓信號；步驟ニ、(7 10)第二時鐘源2中的偏置電路10為壓控振蕩器9提供偏置電壓；噪聲源7產(chǎn)生的信號經(jīng)過處理單元8后得到的電壓信號作為壓控振蕩器9的輸入信號，壓控振蕩器9的輸出信號作為第二時鐘源2的輸出CLK2 ；步驟三、(11 12)環(huán)型振蕩器12產(chǎn)生的信號經(jīng)過緩沖器11處理后得到的信號作為第一時鐘源I的輸出CLKl ；步驟四、(I 3)第一時鐘源I的輸出CLKl作為采樣器的數(shù)據(jù)信號；第二時鐘源2的輸出CLK2作為采樣器3的采樣時鐘信號；經(jīng)過采樣器3的數(shù)字混合生成隨機(jī)數(shù)據(jù)；步驟五、(4)采樣器3輸出的隨機(jī)數(shù)據(jù)經(jīng)過后處理單元4后輸出隨機(jī)序列。本發(fā)明中，第一時鐘源I主要用于產(chǎn)生頻率較高的時鐘信號，作為采樣器3的數(shù)據(jù)信號，是由環(huán)形振蕩器12和緩沖器11來實現(xiàn)的。環(huán)型振蕩器12與緩沖器11的輸入端相連，緩沖器11的輸出端與米樣器3的輸入端相連。本發(fā)明中，第二時鐘源2主要用于產(chǎn)生頻率較低、相位噪聲較大的時鐘信號，作為采樣器3的采樣時鐘信號。其結(jié)構(gòu)如附圖3所示，由第一噪聲源13、第二噪聲源14、第一緩沖放大単元15、第二緩沖放大單元16、電荷泵17、濾波器18及壓控振蕩器9組成。其中，第一噪聲源13和第二噪聲源14均取自CMOSエ藝中電阻的噪聲信號，分別經(jīng)過第一緩沖放大単元15和第二緩沖放大單元16進(jìn)行幅度放大，放大后的兩路噪聲信號分別進(jìn)入電荷泵17的UP端口和DN端ロ。第二時鐘源的工作流程包含如下步驟 步驟一、(13 16)噪聲源13產(chǎn)生的噪聲信號經(jīng)過緩沖放大15處理后作為電荷泵17的UP信號；噪聲源14產(chǎn)生的噪聲信號經(jīng)過緩沖放大16處理后作為電荷泵17的DN
信號;步驟ニ、(17 18)電荷泵17對輸入端UP及DN信號進(jìn)行處理后產(chǎn)生與噪聲源特性相關(guān)的電流信號，此信號經(jīng)濾波器18處理后得到相應(yīng)的電壓信號，作為壓控振蕩器9的輸入信號；步驟三、(9)壓控振蕩器9產(chǎn)生方波信號作為第二時鐘源2的輸出CLK2，該方波信號的頻率與輸入電壓信號相關(guān)。附圖4是電荷泵17的原理圖，UP端口和DN端ロ分別控制充電通路的壓控開關(guān)21和放電通路的壓控開關(guān)22 (控制電壓的大小與開關(guān)打開的時間成正比)，充電電流源19和放電電流源20具有相等的電流信號，信號經(jīng)過電荷泵后由后續(xù)的濾波器18進(jìn)行濾波處理，得到的電壓信號作為壓控振蕩器9的控制電壓信號,壓控振蕩器9輸出的方波信號即為第ニ時鐘源2的時鐘信號。本發(fā)明提出的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的實現(xiàn)方法可以消除由噪聲源引入的耦合和串?dāng)_信號，并使生成的第二時鐘源具有較大的相位噪聲，從而提高整個隨機(jī)數(shù)系統(tǒng)的隨機(jī)度。假設(shè)噪聲信號為e(t)，由耦合和串?dāng)_引入的信號為δ (t)，則第一噪聲源13的噪聲信號可以表示為el(t)+S (t)，第二噪聲源14的噪聲信號可以表示為e2(t)+S (t)，經(jīng)過增益為G的緩 沖放大單元進(jìn)入電荷泵的信號為UP G · (el (t)+ δ (t))DN :G · (e2(t)+δ ⑴)設(shè)壓控開關(guān)的比例系數(shù)為k，電流源電流為I，則電荷泵19輸出端的電荷變化為AQ = I · k · G · (el (t) + δ (t)) -I · k · G · (e2 (t) + δ (t)) = I · k · G · (el (t) _e2 (t))?？梢钥吹降玫降膬綦姾芍幸呀?jīng)消除了耦合帶來的影響，僅與噪聲信號差相關(guān)，増大了信號的方差特性。電荷的變化經(jīng)過濾波器18的處理生成噪聲電壓驅(qū)動壓控振蕩器9。由于噪聲信號的特性使得生成的第二時鐘源2具有較大的相位噪聲。該時鐘源通過采樣器3對第一時鐘源I進(jìn)行采樣，可以得到隨機(jī)性較好的隨機(jī)數(shù)，由于該產(chǎn)生機(jī)制是建立在物理噪聲基礎(chǔ)上，因而屬于真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器。本發(fā)明中采用后處理單元4對隨機(jī)序列進(jìn)行處理。后處理單元4的原理如附圖5所示，其采用48位線性反饋移位寄存器(LFSR)，反饋位同時異或采樣器3的輸出。該LFSR的產(chǎn)生多項式為f(x) =X48+X7+X5+X4+X2+X+1，其初始值由采樣器3產(chǎn)生。經(jīng)過后處理單元4得到的序列具有良好的統(tǒng)計特性，極大地增強(qiáng)了序列的隨機(jī)度。最后應(yīng)當(dāng)說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對本發(fā)明的具體實施方式
進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。需要聲明的是，本發(fā)明內(nèi)容及具體實施方式
意在證明本發(fā)明所提供技術(shù)方案的實際應(yīng)用，不應(yīng)解釋為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的精神和原理啟發(fā)下，可作各種修改、等同替換、或改進(jìn)。但這些變更或修改均在申請待批的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，其包括電源模塊和電源管理單元￠)，其特征在于，所述真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器包括時鐘單元、采樣器(3)、后處理單元(4)和偏置電路(5);所述電源管理單元(6)將接收到的所述電源模塊發(fā)出的電源信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并用轉(zhuǎn)換的電源信號對所述真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器進(jìn)行供電；所述偏置電路(5)將接收到的電源信號傳輸?shù)剿鰰r鐘單元；所述時鐘單元、采樣器(3)和后處理單元(4)依次連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，其特征在于，所述電源模塊包括分別向所述電源管理單元(6)發(fā)出電源信號的VDD和VSS。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，其特征在于，所述時鐘單元包括分別與所述采樣器(3)連接的第一時鐘源(I)和第二時鐘源(2);所述第二時鐘源(2)與所述偏置電路(5)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，其特征在于，所述第一時鐘源(I)包括緩沖器(11)和與其連接的環(huán)形振蕩器(12)，所述緩沖器(11)與所述采樣器(3)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，其特征在于，所述第二時鐘源(2)包括噪聲源(7)、處理單元(8)、壓控振蕩器VCO(9)和偏置電路(10);所述處理單元(8)將接收的所述噪聲源(7)的信號進(jìn)行處理；所述壓控振蕩器VCO (9)分別接收所述處理單元(8)和所述偏置電路(10)傳輸?shù)男盘?；所述壓控振蕩器VCO(9)與采樣器(3)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，其特征在于，所述噪聲源(7)包括第一噪聲源(13)和第二噪聲源(14);所述處理單元(8)包括第一緩沖放大單元(15)、第二緩沖放大單元(16)、電荷泵(17)和濾波器(18);所述第一噪聲源(13)經(jīng)過所述第一緩沖放大單元(15)進(jìn)行幅度放大后進(jìn)入所述電荷泵(17)的UP端口，所述第二噪聲源(14)經(jīng)過所述第二緩沖放大單元(16)進(jìn)行幅度放大后進(jìn)入所述電荷泵(17)的DN端口，所述電荷泵(17)的輸出端分別與所述濾波器(18)和壓控振蕩器(9)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或者6所述的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，其特征在于，所述電荷泵(17)包括依次設(shè)置的充電電流源(19)、壓控開關(guān)(21，22)和放電電流源(20);所述電荷泵(17)的UP端口和DN端口分別控制充電通路的所述壓控開關(guān)(21)和放電通路的所述壓控開關(guān)(22)，所述充電電流源(19)和所述放電電流源(20)具有相等的電流信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，其特征在于，所述后處理單元(4)，采用48位線性反饋移位寄存器LFSR ;所述后處理單元(4)的反饋位異或所述采樣器(3)的輸出數(shù)據(jù)；所述LFSR使用多項式f(x) f(x) =X48+X7+X5+X4+X2+X+1，多項式f(x)的初始值由采樣器⑶產(chǎn)生。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，其特征在于，所述第一時鐘源(I)、第二時鐘源(2)、所述采樣器(3)和所述后處理單元(4)之間采用保護(hù)環(huán)進(jìn)行隔離處理。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，其特征在于，所述保護(hù)環(huán)使用電磁屏蔽材料制造。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，其特征在于，所述電磁屏蔽材料為導(dǎo)電橡膠、導(dǎo)電布、導(dǎo)電泡棉和導(dǎo)電布膠帶。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11任一項所述的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，其特征在于，所述真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器使用型號為CEPESAMDB/V100404/1108的芯片。
13.一種真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器實現(xiàn)方法，包含如下具體步驟(1).VDD/VSS上電后，電源管理單元(6)開始工作，為真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的各個單元提供電壓；偏置電路(5)為第二時鐘源(2)提供偏置電壓信號； (2).第二時鐘源⑵中的偏置電路(10)為壓控振蕩器(9)提供偏置電壓；噪聲源(7)發(fā)出的信號經(jīng)過處理單元(8)處理后作為壓控振蕩器(9)輸入信號的電壓信號，壓控振蕩器(9)的輸出信號作為第二時鐘源⑵的輸出CLK2 ； (3).環(huán)型振蕩器(12)產(chǎn)生的信號經(jīng)過緩沖器(11)處理后得到的信號作為第一時鐘源(I)的輸出CLKl ； (4).采樣器(3)對接收的CLKl和CLK2進(jìn)行數(shù)字混合生成隨機(jī)數(shù)據(jù)； (5).后處理單元(4)處理接收的采樣器(3)的隨機(jī)數(shù)據(jù)，輸出隨機(jī)序列； 其中，第一時鐘源(I)的輸出CLKl作為采樣器(3)的數(shù)據(jù)信號；第二時鐘源(2)的輸出CLK2作為采樣器(3)的采樣時鐘信號。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器實現(xiàn)方法，其特征在于，在所述步驟2中， (2-1).第一緩沖放大單元(15)處理噪聲源(13)產(chǎn)生的噪聲信號作為電荷泵(17)的UP信號；第二緩沖放大單元(16)處理噪聲源(14)產(chǎn)生的噪聲信號作為電荷泵(17)的DN信號; (2-2).電荷泵(17)處理過的UP信號及DN信號經(jīng)過濾波器(18)的處理，作為壓控振蕩器(9)的輸入信號； (2-3).壓控振蕩器VCO (9)產(chǎn)生方波信號作為第二時鐘源VCO (2)的輸出CLK2 ； 其中，方波信號的頻率與輸入信號相關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器及其實現(xiàn)方法，包括VDD/VSS上電后，電源管理單元開始工作，為真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的各個單元提供電壓；偏置電路為第二時鐘源提供偏置電壓信號；第二時鐘源中的偏置電路為壓控振蕩器提供偏置電壓；噪聲源發(fā)出的信號經(jīng)過處理單元處理后作為壓控振蕩器輸入信號的電壓信號，壓控振蕩器的輸出信號作為第二時鐘源的輸出CLK2；環(huán)型振蕩器產(chǎn)生的信號經(jīng)過緩沖器處理后得到的信號作為第一時鐘源的輸出CLK1；采樣器(3)對接收的CLK1和CLK2進(jìn)行數(shù)字混合生成隨機(jī)數(shù)據(jù)；后處理單元處理接收的采樣器的隨機(jī)數(shù)據(jù)，輸出隨機(jī)序列；本發(fā)明提供的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器及其實現(xiàn)方法，提高了振蕩信號的相位噪聲，極大的提高了所生成隨機(jī)數(shù)據(jù)的隨機(jī)特性。
文檔編號H04L9/18GK102662625SQ20121009757
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月6日
發(fā)明者原義棟, 張喆, 張海峰 申請人:國網(wǎng)電力科學(xué)研究院