CN102662626B - 一种带扰动的混沌双螺旋随机数发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带扰动的混沌双螺旋随机数发生器，包括线性反馈移位寄存器，其特征在于：还包括控制信号生成电路、电容阵列、双螺旋振荡器、采样量化电路；所述线性反馈移位寄存器与控制信号生成电路连接，用于输出伪随机序列；所述的控制信号生成电路与电容阵列连接，用于接收伪随机序列并产生及输出控制信号；所述的电容阵列与双螺旋振荡器连接，用于接收控制信号并输出阵列电容值；所述的螺旋振荡器与采样量化电路连接，用于接收阵列电容值后并输出混沌信号，所述采样量化电路接收混沌信号转换为数字信号输出。基于混沌双螺旋的振荡器，因为其初值敏感而具有不可预测性。混沌双螺旋振荡器不需要外界干预就可以不断地振荡，产生输出。对于外界的扰动，混沌振荡器的表现是轨迹的变化，也因为其复杂性而难以预计。

Description

一种带扰动的混沌双螺旋随机数发生器
技术领域
本发明涉及集成电路设计领域，尤其涉及一种带扰动的混沌双螺旋随机数发生器。
背景技术
在集成电路的信息安全领域，真随机数发生器经常作为一种必要的模块。混沌电路是实现真随机数发生器的一种常用方式。
混沌电路通常分为离散混沌和连续混沌。离散混沌通常为序列的迭代，输出的是时间轴上的离散时间序列。连续混沌则通常使用三维以上的微分描述，输出的是连续的波形。连续混沌的变量在坐标系中形成的轨迹，通常表现为一个或者多个螺旋的形式。
而现有的随机数发生器的可预测性较强、是的信息传输过程中的安全性降低。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供不可预测性更强的一种带扰动的混沌双螺旋随机数发生器。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种带扰动的混沌双螺旋随机数发生器，包括线性反馈移位寄存器，其特征在于：还包括控制信号生成电路、电容阵列、双螺旋振荡器、采样量化电路；
所述线性反馈移位寄存器与控制信号生成电路连接，用于输出伪随机序列；
所述的控制信号生成电路与电容阵列连接，用于接收伪随机序列并产生及输出控制信号；
所述的电容阵列与双螺旋振荡器连接，用于接收控制信号并输出阵列电容值；
所述的螺旋振荡器与采样量化电路连接，用于接收阵列电容值后并输出混沌信号，所述采样量化电路接收混沌信号转换为数字信号输出。
本发明的第一优选方案在于，所述的双螺旋振荡器采用混沌双螺旋电路。
本发明的第二优选方案在于，所述的控制信号为多比特并行信号。
本发明的发明思想为：本设计中采用的电路即为双螺旋电路。基于混沌双螺旋的振荡器，因为其初值敏感而具有不可预测性。混沌双螺旋振荡器不需要外界干预就可以不断地振荡，产生输出。对于外界的扰动，混沌振荡器的表现是轨迹的变化，也因为其复杂性而难以预计。
双螺旋振荡器由以下方程描述，
其中，
在CMOS电路实现时，为晶体管的跨导，为，端的电容，为端的电容。上述方程代表的电路表现出混沌的条件是。的宽调节范围使得对混沌方程的调节成为可能。对该双螺旋电路的调节就可以转换为对端的电容的调节。
本发明的技术优势在于：用线性反馈移位寄存器的伪随机输出对如上所示的混沌双螺旋电路***参数进行扰动，增加双螺旋电路输出的变化，从而增加了不可预测性。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
附图说明
图1是本实施例电路模块示意图。
具体实施方式
参考图1，线性反馈移位寄存器的输出产生扰动，调节混沌双螺旋振荡器的***参数，从而影响随机数的输出。电路由线性反馈移位寄存器、控制信号生成电路、电容阵列、双螺旋振荡器和采样量化电路等组成。
线性反馈移位寄存器包含寄存器和异或门，在时钟的作用下产生伪随机序列。该序列是与时钟同步的单比特串行序列。
线性反馈移位寄存器产生的伪随机序列输出给控制信号生成电路。控制信号生成电路的主要作用是：将单比特序列转换为多比特的并行信号，并且根据序列选取算法抽取并行信号作为模块的输出信号。
电容阵列接收控制信号生成电路的输出信号。该模块的输出连接到双螺旋振荡器。当控制信号不同的时候，输出连接到双螺旋振荡器的端电容值不同，即值的不同，从而实现对双螺旋振荡器***参数的调节。其主要的组成是若干MOS开关和电容组成的阵列。控制信号控制各MOS开关处于不同导通或者关断状态。对于不同的控制信号，MOS开关导通或者关断的组合不同，从而有效连接的电容不同。
双螺旋振荡器接收电容阵列的调节，产生混沌信号，并输出给采样量化电路。
采样量化电路将混沌信号在时钟的作用下进行采样和量化的操作，转换为数字信号，作为本设计的随机数输出。
通过线性反馈移位寄存器的伪随机输出，控制混沌双螺旋振荡器的***参数，本实施例实现了对混沌电路的扰动。当扰动发生的频率远大于振荡器的中心频率时，该结构不会对电路的混沌性产生影响，却增加了不可预测的因素。同时，该电路对于通常的混沌振荡器引入的线性反馈移位寄存器和控制信号生成模块是较小规模的数字模块，而电容阵列只是对于双螺旋振荡器端的电容增加MOS开关形成阵列。因此，该电路实现扰动的硬件代价很小，适于实现在CMOS集成电路中。
本发明不仅限于上述实施例所示的保护范围，所有基于本实施例的发明思想，皆在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种带扰动的混沌双螺旋随机数发生器，包括线性反馈移位寄存器，其特征在于：
还包括控制信号生成电路、电容阵列、双螺旋振荡器、采样量化电路；
所述线性反馈移位寄存器与控制信号生成电路连接，用于输出伪随机序列；
所述的控制信号生成电路与电容阵列连接，用于接收伪随机序列并产生及输出控制信号；
所述的电容阵列与双螺旋振荡器连接，用于接收控制信号并输出阵列电容值；
所述的双螺旋振荡器与采样量化电路连接，用于接收阵列电容值后并输出混沌信号，所述采样量化电路接收混沌信号转换为数字信号输出；所述的双螺旋振荡器采用混沌双螺旋电路，并由以下方程进行描述：
其中，
在CMOS电路实现时，gm为晶体管的跨导，C为Vx，Vy端的电容，aC为Vx端的电容，上述方程代表的电路表现出混沌的条件是a∈(0.48，0.98)，a的宽调节范围使得对混沌方程的调节成为可能，对该双螺旋电路的调节就可以转换为对Vx端的电容aC的调节。
2.根据权利要求1所述的一种带扰动的混沌双螺旋随机数发生器，其特征在于：所述的控制信号为多比特并行信号。
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