高速低功耗真隨機數(shù)發(fā)生器研究與實現(xiàn).pdf

1、隨著信息技術的不斷發(fā)展，云計算和大數(shù)據(jù)時代已經(jīng)到來。信息安全問題日益凸顯，加密技術和安全加密芯片將發(fā)揮越來越大的作用。真隨機數(shù)由于具有不可預測、非周期性，在信息安全領域被廣泛使用。真隨機數(shù)發(fā)生器是加密技術和安全加密芯片中不可或缺的組件，高速、高性能真隨機數(shù)發(fā)生器是高性能安全芯片的基石。
　　真隨機數(shù)發(fā)生器的實現(xiàn)方法一般有三種：噪聲直接放大法，振蕩器采樣法，離散混沌電路法。噪聲直接放大方法，由于噪聲幅度非常小，需要高增益的運放進行放

2、大，而放大器有限的帶寬和失調會使隨機特性變差；離散混沌開關網(wǎng)絡電路太過復雜，很難同時滿足高速和低功耗的目標，同時這種電路還存在穩(wěn)定性問題；基于振蕩器采樣結構的隨機數(shù)發(fā)生器，利用振蕩器中的時序抖動作為隨機源，經(jīng)采樣輸出再進行后處理，進而得到隨機序列。這種電路結構簡單，容易集成到數(shù)字處理器中。此外，由于不需要高耗能的放大器等模擬部件，不但使電路分析變得簡單，也有利于實現(xiàn)低功耗設計。
　　基于此，本文設計實現(xiàn)了一款基于振蕩器采樣結構的真

3、隨機數(shù)發(fā)生器，并完成了隨機性測試。該隨機數(shù)發(fā)生器由熵源、采樣電路和后處理電路三部分組成。熵源由互為質數(shù)的4條環(huán)形振蕩器鏈和異或門組成，充分利用了振蕩器的相位抖動；簡單而有效的馮諾依曼矯正器削除了熵源輸出比特位間的偏置性。此外，設計了一種精巧的擴散函數(shù)作為后處理電路，使輸出序列滿足均勻分布的統(tǒng)計特性。該 TRNG輸出比特流通過了Diehard及NIST SP800-22測試軟件包的驗證，輸出比特率高達20Mbps。典型工作電壓為3.3V，