本發(fā)明涉及用于提高隨機(jī)數(shù)的熵的方法和設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、完美隨機(jī)數(shù)每比特的熵為1(100％)。在許多特別是密碼學(xué)應(yīng)用中，需要盡可能好的隨機(jī)數(shù)，即熵盡可能接近1的隨機(jī)數(shù)。例如，使用噪聲源(也稱為噪聲生成器)來產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)。現(xiàn)有技術(shù)周知道許多用于噪聲源的可能的實(shí)現(xiàn)方案，例如模擬的或者數(shù)字的噪聲生成器。

2、已知所謂的s盒作為密碼學(xué)的基本組成部分：s盒是用于將一個(gè)二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為另一個(gè)二進(jìn)制數(shù)的替換運(yùn)算(substitutionsoperation)。這樣的映射例如可以是可逆的(雙射)或壓縮的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、在此目的是，提高隨機(jī)數(shù)的熵，以便滿足高的密碼學(xué)的安全要求。

2、所述目的根據(jù)本發(fā)明的特征來實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選的實(shí)施方式尤其可以在本文中得出。

3、這些在本文中提出的實(shí)例可以基于如下解決方案中的至少一個(gè)解決方案。尤其地，可以使用如下特征的組合，以便實(shí)現(xiàn)期望的結(jié)果。方法的特征可以與設(shè)備的(多個(gè))任意特征組合或者反之亦然。

4、為了解決，提出一種用于提高隨機(jī)數(shù)的熵的方法，

5、-其中為多個(gè)隨機(jī)過程分別提供隨機(jī)數(shù)，

6、-其中將多個(gè)隨機(jī)數(shù)鏈接成組合隨機(jī)數(shù)，其中隨機(jī)數(shù)中的至少一個(gè)隨機(jī)數(shù)事先映射到另一隨機(jī)數(shù)上。

7、一個(gè)隨機(jī)數(shù)到另一隨機(jī)數(shù)的映射能夠包括排列(permutieren)或重排。

8、一個(gè)改進(jìn)方案是，在密碼學(xué)方法中使用組合隨機(jī)數(shù)。

9、一個(gè)改進(jìn)方案是，每個(gè)隨機(jī)過程包括至少一個(gè)物理隨機(jī)過程。

10、基本上，任何提供看似相當(dāng)任意的(隨機(jī))數(shù)的機(jī)制都可以用作隨機(jī)過程。隨機(jī)數(shù)可以是具有或多或少高的熵的數(shù)。最終，這種隨機(jī)數(shù)也可以以確定的方式或由(偽)隨機(jī)生成器產(chǎn)生。因?yàn)殪靥岣咄ㄟ^組合和映射多個(gè)隨機(jī)數(shù)來實(shí)現(xiàn)，所以可選地可以對(duì)各個(gè)隨機(jī)數(shù)的熵提出較低的要求。

11、一個(gè)改進(jìn)方案是，借助于至少一個(gè)s盒將隨機(jī)數(shù)映射到另一隨機(jī)數(shù)中。

12、一個(gè)改進(jìn)方案是，s盒是雙射s盒或壓縮s盒。

13、一個(gè)改進(jìn)方案是，隨機(jī)過程和數(shù)字化轉(zhuǎn)換器是噪聲源的一部分。

14、一個(gè)改進(jìn)方案是，借助于數(shù)字化轉(zhuǎn)換器將隨機(jī)數(shù)映射到另一隨機(jī)數(shù)中。

15、一個(gè)改進(jìn)方案是，借助于至少一個(gè)xor邏輯運(yùn)算、尤其借助于至少一個(gè)xor門將多個(gè)隨機(jī)數(shù)鏈接成組合隨機(jī)數(shù)。

16、xor邏輯運(yùn)算能夠借助于xor門或其他邏輯門實(shí)現(xiàn)。尤其地，多于2比特的xor邏輯運(yùn)算能夠劃分成多個(gè)2比特的xor邏輯運(yùn)算。

17、例如，能夠選擇如下實(shí)現(xiàn)方案，所述實(shí)現(xiàn)方案將噪聲源借助于xor門鏈接。使用xor邏輯運(yùn)算的優(yōu)點(diǎn)在于，熵提高的精確定量結(jié)論和記錄是可能的。

18、一個(gè)改進(jìn)方案是，確定至少一個(gè)隨機(jī)數(shù)到另外的隨機(jī)數(shù)的如下映射，所述映射引起組合隨機(jī)數(shù)的熵的提高。

19、一個(gè)改進(jìn)方案是，確定至少一個(gè)隨機(jī)數(shù)到另外的隨機(jī)數(shù)的如下映射，所述映射引起組合隨機(jī)數(shù)的熵的提高，其方式為：測(cè)試多個(gè)映射。

20、這種測(cè)試?yán)缒軌蚪柚谟?jì)算機(jī)查找來進(jìn)行：因此，所有存在的s盒(或所有的子集)能夠嘗試一遍并且對(duì)于每個(gè)選擇的s盒或s盒的集合確定組合隨機(jī)數(shù)的熵?，F(xiàn)在，可以從最佳的s盒中選擇至少一個(gè)s盒，所述s盒能夠最簡(jiǎn)單地或(關(guān)于至少一個(gè)目標(biāo)變量，例如空間、成本、時(shí)間、耗費(fèi)等)最有益地實(shí)現(xiàn)。

21、對(duì)于解決方案，也提出一種用于提高隨機(jī)數(shù)的熵的設(shè)備，其中該設(shè)備具有處理單元，所述處理單元配置用于執(zhí)行根據(jù)上述實(shí)施例中任一項(xiàng)所述的方法的步驟。

22、此外，提出一種用于提高隨機(jī)數(shù)的熵的設(shè)備，

23、-具有多個(gè)隨機(jī)生成器，所述隨機(jī)生成器中的每個(gè)隨機(jī)生成器提供隨機(jī)數(shù)，

24、-至少一個(gè)映射單元，借助所述映射單元將所述隨機(jī)數(shù)中的至少一個(gè)隨機(jī)數(shù)映射到至少一個(gè)另外的隨機(jī)數(shù)，

25、-組合單元，所述組合單元與隨機(jī)生成器和至少一個(gè)映射單元耦聯(lián)成，

26、使得組合隨機(jī)數(shù)可以基于隨機(jī)數(shù)和至少一個(gè)另外的隨機(jī)數(shù)來確定。

27、每個(gè)隨機(jī)生成器可以對(duì)應(yīng)于一個(gè)隨機(jī)過程或包括至少一個(gè)隨機(jī)過程。

28、尤其地，一個(gè)選項(xiàng)是，對(duì)于與映射單元耦聯(lián)的隨機(jī)生成器，由組合單元處理映射單元的隨機(jī)數(shù)而不是由隨機(jī)生成器確定的隨機(jī)數(shù)。如果為每個(gè)隨機(jī)生成器設(shè)有映射單元，則僅所映射的隨機(jī)數(shù)能夠在組合單元中被處理。

29、一個(gè)改進(jìn)方案是，映射單元包括至少一個(gè)雙射和/或至少一個(gè)壓縮s盒。

30、一個(gè)選項(xiàng)是，映射單元多級(jí)地構(gòu)成或者實(shí)現(xiàn)多級(jí)映射，可選地具有連接在之間的xor門。

31、一個(gè)改進(jìn)方案是，組合單元包括至少一個(gè)xor邏輯運(yùn)算。

32、一個(gè)改進(jìn)方案是，隨機(jī)生成器和映射單元是噪聲源的一部分。

33、映射單元在該情況下能夠稱作為數(shù)字化轉(zhuǎn)換器。

技術(shù)特征：

1.一種用于提高隨機(jī)數(shù)的熵的方法，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，

3.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，

6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，

8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，

9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，

11.一種用于提高隨機(jī)數(shù)的熵的設(shè)備，所述設(shè)備具有處理單元，所述處理單元配置用于執(zhí)行根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法的步驟。

12.一種用于提高隨機(jī)數(shù)的熵的設(shè)備

13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，

14.根據(jù)權(quán)利要求12或13中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，

15.根據(jù)權(quán)利要求12至14中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述隨機(jī)生成器和所述映射單元是噪聲源的一部分。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出的方式涉及提高隨機(jī)數(shù)的熵，其中多個(gè)隨機(jī)過程分別提供隨機(jī)數(shù)，多個(gè)隨機(jī)數(shù)鏈接成組合隨機(jī)數(shù)，并且隨機(jī)數(shù)中的至少一個(gè)隨機(jī)數(shù)事先映射成另一隨機(jī)數(shù)。

技術(shù)研發(fā)人員：雷納·格特費(fèi)爾特,格爾德·迪舍爾,貝恩特·甘默爾,威蘭·菲舍爾
受保護(hù)的技術(shù)使用者：英飛凌科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/14