CN111338603A - 真随机数发生器及电子设备 - Google Patents
真随机数发生器及电子设备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111338603A CN111338603A CN202010426669.2A CN202010426669A CN111338603A CN 111338603 A CN111338603 A CN 111338603A CN 202010426669 A CN202010426669 A CN 202010426669A CN 111338603 A CN111338603 A CN 111338603A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- signal
- sampling
- oscillator
- frequency
- random number
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims abstract description 232
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 claims abstract description 32
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims description 13
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000000053 physical method Methods 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F7/00—Methods or arrangements for processing data by operating upon the order or content of the data handled
- G06F7/58—Random or pseudo-random number generators
- G06F7/588—Random number generators, i.e. based on natural stochastic processes
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
- H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
- H03B5/30—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator
- H03B5/32—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator being a piezoelectric resonator
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
- H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
- H03L7/06—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
- H03L7/08—Details of the phase-locked loop
- H03L7/085—Details of the phase-locked loop concerning mainly the frequency- or phase-detection arrangement including the filtering or amplification of its output signal
- H03L7/091—Details of the phase-locked loop concerning mainly the frequency- or phase-detection arrangement including the filtering or amplification of its output signal the phase or frequency detector using a sampling device
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
Abstract
本申请实施例提供了一种真随机数发生器及电子设备，包括：第一上采样电路、第一下采样电路、第二上采样电路以及第二下采样电路；第一上采样电路输出第一上采样信号；第一下采样电路输出第一下采样信号；第二上采样电路输出第二上采样信号；第二下采样电路输出第二下采样信号；后处理电路，用于对第一上采样信号、第一下采样信号中的一个信号，与第二上采样信号、第二下采样信号中的一个信号进行异或运算，以生成真随机数信号并输出，其中进行异或运算的两个信号是分别根据不同的高频时钟信号进行采样获得的信号，相互之间的独立性较高，提高了获得的真随机数信号的随机性，使真随机数信号的输出序列能够满足独立、均匀分布的随机数特性。
Description
技术领域
本申请实施例涉及信息安全技术领域，尤其涉及一种真随机数发生器及电子设备。
背景技术
随着网络技术的广泛利用，移动支付得到了较为广泛的普及，电子设备被越来越多的用于存储、处理、传输包含关键信息例如移动支付信息的数据，因此信息安全的重要性也日渐提高。为了避免信息在传递的过程中被窃取，在信息进行传递前，一般需要使用安全密钥对信息进行加密。
作为密码***必不可少的一部分，真随机数发生器（True Random NumberGenerator, TRNG）一般用于产生密码***中所需的高质量随机数序列，例如用于产生安全密钥等。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种真随机数发生器及电子设备，用以克服现有技术中存在的缺陷。
本申请的实施例的第一方面提供了一种真随机数发生器，真随机数发生器包括第一上采样电路、第一下采样电路、第二上采样电路以及第二下采样电路；
第一上采样电路接收第一高频振荡器输出的第一高频时钟信号以及低频振荡器输出的低频时钟信号，第一上采样电路用于根据低频时钟信号对第一高频时钟信号进行上升沿采样，输出第一上采样信号；
第一下采样电路接收第一高频时钟信号以及低频时钟信号，第一下采样电路用于根据低频时钟信号对第一高频时钟信号进行下降沿采样，输出第一下采样信号；
第二上采样电路接收第二高频振荡器输出的第二高频时钟信号以及低频时钟信号，第二上采样电路用于根据低频时钟信号对第二高频时钟信号进行上升沿采样，输出第二上采样信号；
第二下采样电路接收第二高频时钟信号以及低频时钟信号，第二下采样电路用于根据低频时钟信号对第二高频时钟信号进行下降沿采样，输出第二下采样信号；
后处理电路接收第一上采样信号、第一下采样信号、第二上采样信号以及第二下采样信号，后处理电路用于对第一上采样信号、第一下采样信号中的一个信号，与第二上采样信号、第二下采样信号中的一个信号进行异或运算，以生成真随机数信号并输出。
本申请的实施例提供的真随机数发生器中，第一高频振荡器、第二高频振荡器以及低频振荡器为不同的振荡器，因此第一高频时钟信号、第二高频时钟信号以及低频时钟信号为互不相关的时钟信号，通过低频时钟信号对第一高频时钟信号、第二高频时钟信号分别进行上升沿采样与下降沿采样，所得到的第一上采样信号、第一下采样信号、第二上采样信号以及第二下采样信号之间互不相关。之后通过后处理电路对第一上采样信号、第一下采样信号中的一个信号，与第二上采样信号、第二下采样信号中的一个信号进行异或运算，进行异或运算的两个信号互不相关、采样方式可以被设置为相同也可以被设置为不同、并且是分别根据不同的高频时钟信号进行采样获得的两个信号，因此进行异或运算的两个信号相互之间的独立性较高，提高了通过异或运算获得的真随机数信号的随机性，同时通过异或运算使真随机数信号的输出序列能够满足独立、均匀分布的随机数特性。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请实施例的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1为本申请实施例提供的一种真随机数发生器的示意性电路结构图；
图2为本申请实施例提供的一种真随机数发生器的示意性电路结构图；
图3为本申请实施例提供的一种真随机数发生器的示意性电路结构图；
图4为本申请实施例提供的一种真随机数发生器的示意性电路结构图；
图5为本申请实施例提供的一种含有真随机数发生器的电子设备的示意性结构图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例附图进一步说明本发明实施例具体实现。
相关技术中，随机数发生器主要分为两种：伪随机数发生器和真随机数发生器。用确定性的算法计算得到的随机序列叫伪随机数，如果攻击者拥有足够的计算能力，则完全可以预测到伪随机数的产生规律，一般应用在安全性要求较低的场合。而真随机数是由物理方法产生，选取了真实世界的自然随机性，因为具有外界无法预知、不可再现等优点，能够更好的保护信息的传输，广泛应用在信息安全领域。
真随机数发生器的核心必须是一个本质上随机的物理过程，它选自于自然随机性。实现真随机数发生器的方式有很多种，例如离散时间混沌法，噪声直接放大法，振荡采样法，亚稳态采样法等。其中振荡采样法由于实现方法简单、数据随机性良好，应用最为广泛。但是根据振荡采样法实现的真随机数发生器所产生的随机数信号随机性不高，随机数信号的输出序列无法满足独立、均匀分布的随机数特性，其破解率相对于根据离散时间混沌法，噪声直接放大法，振荡采样法，亚稳态采样法等实现的真随机数发生器所生成的随机数信号的破解率要高，从而提高了数据在传输时被泄露的几率，损害了用户体验。
有鉴于此，本申请实施例提供一种真随机数发生器及电子设备，用以克服现有技术中随机数信号随机性不高、随机数信号的输出序列满足独立、均匀分布的随机数特性的技术缺陷。
本申请的实施例提供的真随机数发生器中，第一高频振荡器、第二高频振荡器以及低频振荡器为不同的振荡器，因此第一高频时钟信号、第二高频时钟信号以及低频时钟信号为互不相关的时钟信号，通过低频时钟信号对第一高频时钟信号、第二高频时钟信号分别进行上升沿采样与下降沿采样，所得到的第一上采样信号、第一下采样信号、第二上采样信号以及第二下采样信号之间互不相关。之后通过后处理电路对第一上采样信号、第一下采样信号中的一个信号，与第二上采样信号、第二下采样信号中的一个信号进行异或运算，进行异或运算的两个信号互不相关、采样方式可以被设置为相同也可以被设置为不同、并且是分别根据不同的高频时钟信号进行采样获得的两个信号，因此进行异或运算的两个信号相互之间的独立性较高，提高了通过异或运算获得的真随机数信号的随机性，同时通过异或运算使真随机数信号的输出序列能够满足独立、均匀分布的随机数特性。
下面结合本申请实施例附图进一步说明本申请实施例具体实现。
实施例一
图1为本申请实施例提供的一种真随机数发生器的示意性电路结构图，如图1所示，本申请实施例一提供的真随机数发生器，包括：第一上采样电路101、第一下采样电路102、第二上采样电路103以及第二下采样电路104。
第一上采样电路101接收第一高频振荡器201输出的第一高频时钟信号以及低频振荡器203输出的低频时钟信号，第一上采样电路101用于根据低频时钟信号对第一高频时钟信号进行上升沿采样，输出第一上采样信号。
第一下采样电路102接收第一高频时钟信号以及低频时钟信号，第一下采样电路102用于根据低频时钟信号对第一高频时钟信号进行下降沿采样，输出第一下采样信号。
第二上采样电路103接收第二高频振荡器202输出的第二高频时钟信号以及低频时钟信号，第二上采样电路103用于根据低频时钟信号对第二高频时钟信号进行上升沿采样，输出第二上采样信号；
第二下采样电路104接收第二高频时钟信号以及低频时钟信号，第二下采样电路104用于根据低频时钟信号对第二高频时钟信号进行下降沿采样，输出第二下采样信号。
后处理电路105接收第一上采样信号、第一下采样信号、第二上采样信号以及第二下采样信号。后处理电路105用于对第一上采样信号、第一下采样信号中的一个信号，与第二上采样信号、第二下采样信号中的一个信号进行异或运算，以生成真随机数信号并输出。
示例性地，如图1所示，第一上采样电路101的第一输入端1011与第一高频振荡器201的输出端2011导通，第一上采样电路101的第一输入端1011接收第一高频振荡器201输出的第一高频时钟信号；第一上采样电路101的第二输入端1012与低频振荡器203的输出端2031导通，第一上采样电路101的第二输入端1012接收低频振荡器203输出的低频时钟信号。第一上采样电路101的输出端1013与后处理电路105的第一输入端1051导通。后处理电路105的第一输入端1051接收第一上采样电路101的输出端1013输出的第一上采样信号。
第一下采样电路102的第一输入端1021与第一高频振荡器201的输出端2011导通，第一下采样电路102的第一输入端1021接收第一高频振荡器201输出的第一高频时钟信号，第一下采样电路102的第二输入端1022与低频振荡器203的输出端2031导通，第一下采样电路102的第二输入端1022接收低频振荡器203输出的低频时钟信号，第一下采样电路102的输出端1023与后处理电路105的第二输入端1052导通。后处理电路105的第二输入端1052接收第一下采样电路102的输出端1023输出的第一下采样信号。
第二上采样电路103的第一输入端1031与第二高频振荡器202的输出端2021导通，第二上采样电路103的第一输入端1031接收第二高频振荡器202输出的第二高频时钟信号，第二上采样电路103的第二输入端1032与低频振荡器203的输出端2031导通，第二上采样电路103的第二输入端1032接收低频振荡器203输出的低频时钟信号，第二上采样电路103的输出端1033与后处理电路105的第三输入端1053导通。后处理电路105的第三输入端1053接收第二上采样电路103的输出端1033输出的第二上采样信号。
第二下采样电路104的第一输入端1041与第二高频振荡器202的输出端2021导通，第二下采样电路104的第一输入端1041接收第二高频振荡器202输出的第二高频时钟信号，第二下采样电路104的第二输入端1042与低频振荡器203的输出端2031导通，第二下采样电路104的第二输入端1042接收低频振荡器203输出的低频时钟信号，第二下采样电路104的输出端1043与后处理电路105的第四输入端1054导通。后处理电路105的第四输入端1054接收第二下采样电路104的输出端1043输出的第二下采样信号。
后处理电路105的输出端1055输出真随机数信号。
具体地，相位抖动（jitter）是振荡器中因热噪声所引起的一种随机现象，相位抖动本质上也是一种噪声，是一种符合高斯分布的随机性变量。由于第一高频振荡器、第二高频振荡器以及低频振荡器的相位抖动是随机的，因此根据低频振荡器生成低频时钟信号对第一高频振荡器生成的第一高频时钟信号、第二高频振荡器生成的第二高频时钟信号分别进行上升沿采样与下降沿采样所生成的第一上采样信号、第一下采样信号、第二上采样信号、第二下采样信号的输出序列是随机的，通过对第一上采样信号、第一下采样信号中的一个信号，与第二上采样信号、第二下采样信号中的一个信号进行异或运算生成的真随机数信号的输出序列是随机的。
第一上采样信号是第一上采样电路101用于根据低频时钟信号对第一高频时钟信号进行上升沿采样生成的，第一上采样信号的频率与低频时钟信号的频率相同，第一下采样信号是第一下采样电路103用于根据低频时钟信号对第一高频时钟信号进行下降沿采样生成的，第一下采样信号的频率与低频时钟信号的频率相同。基于同样的道理，第二上采样信号以及第二下采样信号的频率均与低频时钟信号的频率相同。通过对第一上采样信号、第一下采样信号中的一个信号，与第二上采样信号、第二下采样信号中的一个信号进行异或运算生成的真随机数信号的频率与低频时钟信号的频率相同。
示例性地，低频时钟信号的频率为32K赫兹，第一高频时钟信号以及第二高频时钟信号的频率大于或等于80M赫兹且小于或等于100M赫兹，真随机数信号的频率为32K赫兹。
在后处理电路中，进行异或运算时是根据两位数据产生一位数据，因此可以降低真随机数信号的输出序列的中前一位数与后一位数之间的相关性，使真随机数信号的输出序列中前后两位数相互独立。
另外，在后处理电路中，进行异或运算得到的真随机数信号的输出序列也能够满足均匀分布的随机数特性。示例性地，以后处理电路对第一上采样信号以及第二下采样信号进行异或运算为例进行说明，第一上采样信号以及第二下采样信号中任一一路信号的输出序列中出现“0”、“1”的概率分别为0.5C与0.5C，其中C＜1，C为用于衡量第一上采样信号与第二下采样信号之间的独立性的参数，C的值越小，第一上采样信号与第二下采样信号之间的独立性越好，第一上采样信号与第二下采样信号越不相关。通过对第一上采样信号以及第二下采样信号进行异或运算生成真随机数信号，该真随机数信号中出现“0”的概率为、真随机数信号中出现“1”的概率为，与0.5C相比，与更加接近0.5，因此经过异或运算后生成的真随机数信号的输出序列“0”和“1”的分布均匀。
其中，输出第一高频时钟信号的第一高频振荡器、输出第二高频时钟信号的第二高频振荡器以及输出低频时钟信号的低频振荡器为不同的振荡器，可以被视为物理上以不同实体存在的计时仪器， 第一高频时钟信号、第二高频时钟信号与低频时钟信号之间互不相关，即第一高频时钟信号、第二高频时钟信号与低频时钟信号相互之间不会产生任何联系，无法根据其中一个时钟信号得到另一个时钟信号。第一上采样信号、第一下采样信号是根据低频时钟信号对第一高频时钟信号进行采样得到的，第二上采样信号、第二下采样信号是根据低频时钟信号对第二高频时钟信号进行采样得到的，因此第一上采样信号、第一下采样信号、第二上采样信号、第二下采样信号之间互不相关。后处理电路对第一上采样信号、第一下采样信号中的一个信号，与第二上采样信号、第二下采样信号中的一个信号进行异或运算，其中进行异或运算的两个信号互不相关、采样方式可以被设置为相同也可以被设置为不同、并且是分别根据不同的高频时钟信号进行采样获得的信号。其中，与根据同一个高频时钟信号进行采样获得的两个信号相比，分别根据不同的高频时钟信号进行采样获得的信号相互之间的独立性较高。因此后处理电路通过异或运算生成的真随机数信号的随机性较高。
本申请的实施例提供的真随机数发生器中，第一高频振荡器、第二高频振荡器以及低频振荡器为不同的振荡器，因此第一高频时钟信号、第二高频时钟信号以及低频时钟信号为互不相关的时钟信号，通过低频时钟信号对第一高频时钟信号、第二高频时钟信号分别进行上升沿采样与下降沿采样，所得到的第一上采样信号、第一下采样信号、第二上采样信号以及第二下采样信号之间互不相关。之后通过后处理电路对第一上采样信号、第一下采样信号中的一个信号，与第二上采样信号、第二下采样信号中的一个信号进行异或运算，进行异或运算的两个信号互不相关、采样方式可以被设置为相同也可以被设置为不同、并且是分别根据不同的高频时钟信号进行采样获得的两个信号，因此进行异或运算的两个信号相互之间的独立性较高，提高了通过异或运算获得的真随机数信号的随机性，同时通过异或运算使真随机数信号的输出序列能够满足独立、均匀分布的随机数特性。
可选地，在本申请的一个实施例中，图2为本申请实施例提供的一种真随机数发生器的示意性电路结构图，如图2所示，后处理电路105包括第一开关301、第二开关302以及异或门303，第一开关301的第一输入端3011接收第一上采样信号，第一开关302的第二输入端3012接收第一下采样信号，第一开关301用于输出第一开关信号，第一开关信号为第一上采样信号或第一下采样信号。第二开关302的第一输入端3021接收第二上采样信号，第二开关302的第二输入端3022接收第二下采样信号，第二开关302用于输出第二开关信号，第二开关信号为第二上采样信号或第二下采样信号。异或门303的第一输入端3031接收第一开关信号，异或门303的第二输入端3032接收第二开关信号，异或门303用于对第一开关信号以及第二开关信号进行异或运算，以生成真随机数信号并输出。
示例性地，如图2所示，第一开关301的第一输入端3011通过后处理电路105的第一输入端1051与第一上采样电路101的输出端1013导通，第一开关301的第一输入端3011接收第一上采样信号。第一开关301的第二输入端3012通过后处理电路105的第二输入端1052与第一下采样电路102的输出端1023导通，第一开关301的第二输入端3012接收第一下采样信号。
第二开关302的第一输入端3021通过后处理电路105的第三输入端1053与第二上采样电路103的输出端1033导通，第二开关302的第一输入端3021接收第二上采样信号。第二开关302的第二输入端3022通过后处理电路105的第四输入端1054与第二下采样电路104的输出端1043导通，第二开关302的第二输入端3022接收第二下采样信号。
异或门303的第一输入端3031与第一开关301的输出端3013导通，异或门303的第二输入端3032与第二开关302的输出端3033导通，异或门303通过输出端3033输出真随机数信号。
示例性地，第一开关301与第二开关302为单刀双掷开关。第一开关单元301被配置为第一开关单元301的第一输入端3011与第一开关单元301的输出端3033导通时，第一开关单元301的输出端3013输出的第一开关信号为第一上采样信号，此时输入异或门303的第一输入端3031的信号为第一上采样信号。
第一开关单元301被配置为第一开关单元301的第二输入端3012与第一开关单元301的输出端3033导通时，第一开关单元301的输出端3013输出的第一开关信号为第一下采样信号，此时输入异或门303的第一输入端3031的信号为第一下采样信号。
第二开关单元302被配置为第二开关单元302的第一输入端3021与第二开关单元302的输出端3023导通时，第二开关单元302的输出端3023输出的第二开关信号为第二上采样信号，此时输入异或门303的第二输入端3032的信号为第二上采样信号。
第二开关单元302被配置为第二开关单元302的第二输入端3022与第二开关单元302的输出端3023导通时，第二开关单元302的输出端3023输出的第二开关信号为第二下采样信号，此时输入异或门303的第二输入端3032的信号为第二下采样信号。
本申请的实施例提供的真随机数发生器中，后处理电路包括第一开关、第二开关以及异或门，第一开关与第二开关可以被配置为不同的导通状态，使输入异或门的两个信号的采样方式可以为相同（两个信号均为上采样信号或均为下采样信号）也可以为不同（一个信号为上采样信号，另一个信号为下采样信号），方便对进行异或运算的两个信号的采样方式进行选择。
可选地，在本申请的一个实施例中，第一高频时钟信号的周期值以及第二高频时钟信号的周期值为高频时钟周期值，低频时钟信号的相位抖动的标准方差值与高频时钟周期值的比例大于或等于100且小于或等于1000。
具体地，在根据低频时钟信号对第一高频时钟信号以及第二高频时钟信号分别进行上升沿采样或进行下降沿采样时，产生低频时钟信号的低频振荡器、产生第一高频时钟信号的第一高频振荡器、产生第二高频时钟信号的第二高频振荡器的相位抖动均为随机的，其中相对于低频振荡器的相位抖动，第一高频振荡器以及第二高频振荡器的相位抖动可以忽略，因此一上采样信号、第一下采样信号、第二上采样信号、第二下采样信号的随机性的高低主要依赖于低频振荡器相位抖动的标准方差值(即均方根值)相对于第一高频振荡器以及第二高频振荡器的周期值的大小。第一高频时钟信号以及第二高频时钟信号的周期值为高频时钟周期值，当低频时钟信号的相位抖动的标准方差值与高频时钟周期值的比例大于或等于100且小于或等于1000时，第一上采样信号、第一下采样信号、第二上采样信号、第二下采样信号的输出序列是随机性较高。
实施例二
在实施例一的基础上，本申请实施例二提供的真随机数发生器中，如图3所示，图3为本申请实施例提供的一种真随机数发生器的示意性电路结构图，真随机数发生器还包括差分电路106，差分电路106的输入端1061接收真随机数信号，差分电路106的第一输出端1062输出真随机数信号，差分电路106的第二输出端1063输出差分输出信号，差分输出信号与真随机数信号形成一对差分信号。
示例性地，如图3所示，差分电路106的输入端1061与后处理电路105的输出端1055导通。
本申请的实施例提供的真随机数发生器中，差分电路106接收真随机数信号，并输出真随机数信号以及与真随机数信号形成一对差分信号的差分输出信号，以增强信号传输过程中真随机数信号与差分输出信号的抗干扰能力，同时能够根据真随机数信号与差分输出信号进行校验，避免真随机数信号因受到恶意攻击或信号走线被篡改而出错。
可选地，在本申请的一个实施例中，如图4所示，图4为本申请实施例提供的一种真随机数发生器的示意性电路结构图，差分电路106包括反相器107，反相器107的输入端1071接收真随机数信号，反相器107的输出端1072输出差分输出信号。
示例性地，反相器107的输入端1071通过差分电路106的输入端1061与后处理电路105的输出端1055导通，使反相器107的输入端1071输入真随机数信号，反相器107的输出端1072与差分电路106的第二输出端1063导通，差分电路106的输出端1061与差分电路106的第一输出端1062导通。反相器107用于对反相器107的输入端1071输入的真随机数信号反向，使从反相器107的输出端输出的差分输出信号与真随机数信号相位相反、频率相同，差分输出信号与真随机数信号形成一对差分信号。
本申请的实施例提供的真随机数发生器中，差分电路106包括反相器107，反相器107的输入端1071接收真随机数信号，反相器107对真随机数信号反向，使反相器107的输出端1072输出的差分输出信号与真随机数信号相位相反、频率相同，差分输出信号与真随机数信号形成一对差分信号。
实施例三
图5为本申请实施例提供的一种电子设备的示意性结构图，如图5所示，本申请实施例三提供的电子设备300，包括低频振荡器203、第一高频振荡器201、第二高频振荡器202以及本申请实施例一提供的任一种的真随机数发生器301，第一高频振荡器201用于输出第一高频时钟信号，第二高频振荡器202用于输出第二高频时钟信号。
示例性地，如图5所示，真随机数发生器301的第一输入端3011与第一高频振荡器201的输出端2011导通，第一上采样电路101的第一输入端1011通过真随机数发生器301的第一输入端3011与第一高频振荡器201的输出端2011导通，接收第一高频振荡器201输出的第一高频时钟信号。第一下采样电路102的第一输入端1021通过真随机数发生器301的第一输入端3011与第一高频振荡器201的输出端2011导通，接收第一高频振荡器201输出的第一高频时钟信号。
真随机数发生器301的第二输入端3012与第二高频振荡器202的输出端2021导通，第二上采样电路103的第一输入端1031通过真随机数发生器301的第二输入端3012与第二高频振荡器202的输出端2021导通，接收第二高频振荡器202输出的第二高频时钟信号。第二下采样电路104的第一输入端1041通过真随机数发生器301的第二输入端3012与第二高频振荡器202的输出端2021导通，接收第二高频振荡器202输出的第二高频时钟信号。
真随机数发生器301的第三输入端3013与低频振荡器203的输出端2031导通，第一上采样电路101的第二输入端1012、第一下采样电路102的第二输入端1022、第二上采样电路103的第二输入端1032以及第二下采样电路104的第二输入端1042均通过真随机数发生器301的第三输入端3013与低频振荡器203的输出端2031导通，接收低频振荡器203输出的低频时钟信号。
示例性地，电子设备300可以为移动通信终端，平板电脑或智能随身设备等。电子设备300包括安全芯片，该安全芯片包括低频振荡器203、第一高频振荡器201以及第二高频振荡器202。低频振荡器203为安全芯片的唤醒时钟源，第一高频振荡器201为安全芯片的一个***参考时钟源，第二高频振荡器202为安全芯片的另一个***参考时钟源。
本申请的实施例提供的电子设备包括低频振荡器203、第一高频振荡器201、第二高频振荡器202以及真随机数发生器301，第一高频振荡器201用于输出第一高频时钟信号，第二高频振荡器202用于输出第二高频时钟信号。真随机数发生器301中进行异或运算的两个信号是互不相关、采样方式可以被设置为相同也可以被设置为不同、分别根据不同的高频时钟信号进行采样获得的两个信号，进行异或运算的两个信号相互之间的独立性较高，提高了通过异或运算获得的真随机数信号的随机性，并使真随机数信号的输出序列能够满足独立、均匀分布的随机数特性。
可选地，在本申请的一个实施例中，第一高频振荡器201以及第二高频振荡器202的类型包括晶体振荡器、锁相环、压控振荡器。
在本申请实施例所提供的电子设备中，第一高频振荡器201以及第二高频振荡器202的振荡器类型包括晶体振荡器、锁相环、压控振荡器，其中与其他类型的振荡器相比，晶体振荡器、锁相环、压控振荡器的相位抖动较低，根据低频时钟信号对第一高频时钟信号、第二高频时钟信号分别进行上升沿采样与下降沿采样所生成的第一上采样信号、第一下采样信号、第二上采样信号、第二下采样信号的输出序列的随机性较高，通过对第一上采样信号、第一下采样信号中的一个信号，与第二上采样信号、第二下采样信号中的一个信号进行异或运算生成的真随机数信号的输出序列的随机性较高。
可选地，在本申请的一个实施例中，低频振荡器203、第一高频振荡器201以及第二高频振荡器202均为张弛振荡器。低频振荡器203的平均电流的典型值小于100纳安，第一高频振荡器201的平均电流的典型值以及第二高频振荡器202的平均电流的典型值均大于500微安。
可选地，在本申请的一个实施例中，第一高频振荡器201、第二高频振荡器202的振荡器类型与低频振荡器203的振荡器类型不同。
示例性地，第一高频振荡器201、第二高频振荡器202均为张弛振荡器，低频振荡器203的振荡器类型包括压控振荡器、锁相环、晶体振荡器；或者，第一高频振荡器201、第二高频振荡器202均为锁相环，低频振荡器203的振荡器类型包括张弛振荡器、压控振荡器、晶体振荡器；或者，第一高频振荡器201、第二高频振荡器202均为晶体振荡器，低频振荡器203的振荡器类型包括张弛振荡器、压控振荡器、锁相环；或者，第一高频振荡器201、第二高频振荡器202均为压控振荡器，低频振荡器203的振荡器类型包括张弛振荡器、锁相环、晶体振荡器。
在本申请实施例所提供的电子设备中，与第一高频振荡器201、第二高频振荡器202以及低频振荡器203为相同的振荡器类型相比较，当第一高频振荡器201、第二高频振荡器202的类型与低频振荡器203的类型不同时，第一高频振荡器201或第二高频振荡器202与低频振荡器203之间的独立性更好，第一高频时钟信号或第二高频时钟信号与低频时钟信号之间的独立性更好，根据低频时钟信号对第一高频时钟信号、第二高频时钟信号分别进行上升沿采样与下降沿采样所生成的第一上采样信号、第一下采样信号、第二上采样信号、第二下采样信号的输出序列的随机性更高，提高了通过对第一上采样信号、第一下采样信号中的一个信号，与第二上采样信号、第二下采样信号中的一个信号进行异或运算生成的真随机数信号的随机性。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种真随机数发生器，其特征在于，所述真随机数发生器包括第一上采样电路、第一下采样电路、第二上采样电路以及第二下采样电路；
所述第一上采样电路接收第一高频振荡器输出的第一高频时钟信号以及低频振荡器输出的低频时钟信号，所述第一上采样电路用于根据所述低频时钟信号对所述第一高频时钟信号进行上升沿采样，输出第一上采样信号；
所述第一下采样电路接收所述第一高频时钟信号以及所述低频时钟信号，所述第一下采样电路用于根据所述低频时钟信号对所述第一高频时钟信号进行下降沿采样，输出第一下采样信号；
所述第二上采样电路接收第二高频振荡器输出的第二高频时钟信号以及所述低频时钟信号，所述第二上采样电路用于根据所述低频时钟信号对所述第二高频时钟信号进行上升沿采样，输出第二上采样信号；
所述第二下采样电路接收所述第二高频时钟信号以及所述低频时钟信号，所述第二下采样电路用于根据所述低频时钟信号对所述第二高频时钟信号进行下降沿采样，输出第二下采样信号；
所述后处理电路接收所述第一上采样信号、所述第一下采样信号、所述第二上采样信号以及所述第二下采样信号，所述后处理电路用于对所述第一上采样信号、所述第一下采样信号中的一个信号，与所述第二上采样信号、所述第二下采样信号中的一个信号进行异或运算，以生成真随机数信号并输出。
2.根据权利要求1所述的真随机数发生器，其特征在于，所述后处理电路包括第一开关、第二开关以及异或门；
所述第一开关的第一输入端接收所述第一上采样信号，所述第一开关的第二输入端接收所述第一下采样信号，所述第一开关用于输出第一开关信号，所述第一开关信号为所述第一上采样信号或所述第一下采样信号；
所述第二开关的第一输入端接收所述第二上采样信号，所述第二开关的第二输入端接收所述第二下采样信号，所述第二开关用于输出第二开关信号，所述第二开关信号为所述第二上采样信号或所述第二下采样信号；
所述异或门的第一输入端接收所述第一开关信号，所述异或门的第二输入端接收所述第二开关信号，所述异或门用于对所述第一开关信号以及所述第二开关信号进行异或运算，以生成所述真随机数信号并输出。
3.根据权利要求1所述的真随机数发生器，其特征在于，所述真随机数发生器还包括差分电路，所述差分电路的输入端接收所述真随机数信号，所述差分电路的第一输出端输出所述真随机数信号，所述差分电路的第二输出端输出差分输出信号，所述差分输出信号与所述真随机数信号形成一对差分信号。
4.根据权利要求3所述的真随机数发生器，其特征在于，所述差分电路包括反相器，所述反相器的输入端接收所述真随机数信号，所述反相器的输出端输出所述差分输出信号。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的真随机数发生器，其特征在于，所述第一高频时钟信号的周期值以及所述第二高频时钟信号的周期值为高频时钟周期值，所述低频时钟信号的相位抖动的标准方差值与所述高频时钟周期值的比例大于或等于100且小于或等于1000。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的真随机数发生器，其特征在于，所述低频时钟信号的频率为32K赫兹，所述第一高频时钟信号以及所述第二高频时钟信号的频率大于或等于80M赫兹且小于或等于100M赫兹。
7.一种电子设备，其特征在于，包括低频振荡器、第一高频振荡器、第二高频振荡器以及权利要求1-6中任一项所述的真随机数发生器，所述第一高频振荡器用于输出第一高频时钟信号，所述第二高频振荡器用于输出第二高频时钟信号。
8.根据要求7所述的电子设备，其特征在于，所述第一高频振荡器以及所述第二高频振荡器的振荡器类型包括晶体振荡器、锁相环、压控振荡器。
9.根据要求7所述的电子设备，其特征在于，所述低频振荡器、所述第一高频振荡器以及所述第二高频振荡器均为张弛振荡器，所述低频振荡器的平均电流的典型值小于100纳安，所述第一高频振荡器的平均电流的典型值以及所述第二高频振荡器的平均电流的典型值均大于500微安。
10.根据要求7所述的电子设备，其特征在于，所述第一高频振荡器、所述第二高频振荡器均为张弛振荡器，所述低频振荡器的振荡器类型包括压控振荡器、锁相环、晶体振荡器；
或，所述第一高频振荡器、所述第二高频振荡器均为锁相环，所述低频振荡器的振荡器类型包括张弛振荡器、压控振荡器、晶体振荡器；
或，所述第一高频振荡器、所述第二高频振荡器均为晶体振荡器，所述低频振荡器的振荡器类型包括张弛振荡器、压控振荡器、锁相环；
或，所述第一高频振荡器、所述第二高频振荡器均为压控振荡器，所述低频振荡器的振荡器类型包括张弛振荡器、锁相环、晶体振荡器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010426669.2A CN111338603A (zh) | 2020-05-19 | 2020-05-19 | 真随机数发生器及电子设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010426669.2A CN111338603A (zh) | 2020-05-19 | 2020-05-19 | 真随机数发生器及电子设备 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111338603A true CN111338603A (zh) | 2020-06-26 |
Family
ID=71184983
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010426669.2A Pending CN111338603A (zh) | 2020-05-19 | 2020-05-19 | 真随机数发生器及电子设备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111338603A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112199074A (zh) * | 2020-10-10 | 2021-01-08 | 安徽大学 | 一种真随机数发生电路及其真随机数发生芯片 |
| CN116069295A (zh) * | 2022-12-22 | 2023-05-05 | 海光集成电路设计(北京)有限公司 | 真随机数发生电路、方法及电子设备 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101819515A (zh) * | 2010-02-08 | 2010-09-01 | 清华大学 | 基于环型振荡器的真随机数发生电路及真随机数发生器 |
| CN105426159A (zh) * | 2015-12-22 | 2016-03-23 | 上海爱信诺航芯电子科技有限公司 | 一种基于数字电路的真随机数发生器 |
| CN208888796U (zh) * | 2018-10-22 | 2019-05-21 | 浙江大华技术股份有限公司 | 一种真随机数发生器 |
| CN110336536A (zh) * | 2019-07-29 | 2019-10-15 | 深圳大学 | 真随机数发生器的电路及设备 |
| CN111008005A (zh) * | 2019-11-22 | 2020-04-14 | 深圳市纽创信安科技开发有限公司 | 一种真随机数发生器和真随机数发生方法 |
-
2020
- 2020-05-19 CN CN202010426669.2A patent/CN111338603A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101819515A (zh) * | 2010-02-08 | 2010-09-01 | 清华大学 | 基于环型振荡器的真随机数发生电路及真随机数发生器 |
| CN105426159A (zh) * | 2015-12-22 | 2016-03-23 | 上海爱信诺航芯电子科技有限公司 | 一种基于数字电路的真随机数发生器 |
| CN208888796U (zh) * | 2018-10-22 | 2019-05-21 | 浙江大华技术股份有限公司 | 一种真随机数发生器 |
| CN110336536A (zh) * | 2019-07-29 | 2019-10-15 | 深圳大学 | 真随机数发生器的电路及设备 |
| CN111008005A (zh) * | 2019-11-22 | 2020-04-14 | 深圳市纽创信安科技开发有限公司 | 一种真随机数发生器和真随机数发生方法 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112199074A (zh) * | 2020-10-10 | 2021-01-08 | 安徽大学 | 一种真随机数发生电路及其真随机数发生芯片 |
| CN112199074B (zh) * | 2020-10-10 | 2022-10-25 | 安徽大学 | 一种真随机数发生电路及其真随机数发生芯片 |
| CN116069295A (zh) * | 2022-12-22 | 2023-05-05 | 海光集成电路设计(北京)有限公司 | 真随机数发生电路、方法及电子设备 |
| CN116069295B (zh) * | 2022-12-22 | 2023-10-20 | 海光集成电路设计(北京)有限公司 | 真随机数发生电路、方法及电子设备 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6761934B1 (ja) | 検出および補正機能を備えた真の乱数の発生方法および装置 | |
| WO2021232255A1 (zh) | 真随机数发生器及电子设备 | |
| US7117233B2 (en) | Random number generator and method for generating a random number | |
| Nair et al. | Quantum-noise randomized ciphers | |
| CN111338603A (zh) | 真随机数发生器及电子设备 | |
| CN107306180B (zh) | 加解密装置及其功率分析防御方法 | |
| US9384682B2 (en) | Electronic circuit, electronic apparatus, and authentication system | |
| CN107797788B (zh) | 一种随机数发生装置、真随机数发生器及***级芯片 | |
| Garipcan et al. | Design, FPGA implementation and statistical analysis of a high-speed and low-area TRNG based on an AES s-box post-processing technique | |
| US7293054B2 (en) | Random number source and associated methods | |
| CN113794706B (zh) | 数据的处理方法、装置、电子设备及可读存储介质 | |
| CN106383691A (zh) | 一种随机数产生方法及随机数产生器 | |
| CN113572606A (zh) | 一种基于高斯调制与零差探测的量子数字签名***及方法 | |
| CN109254617B (zh) | 时钟信号产生方法以及装置 | |
| Demir et al. | Analysis of regular sampling of chaotic waveform and chaotic sampling of regular waveform for random number generation | |
| CN116405199A (zh) | 基于ntru算法和sm2算法的加密方法、装置、设备和介质 | |
| Demir et al. | Security analysis of a random number generator based on a chaotic hyperjerk system | |
| Alvarez et al. | Cryptographic requirements for chaotic secure communications | |
| CN111782179B (zh) | 一种真随机数发生器 | |
| KR20230067465A (ko) | 난수 발생기, 그것을 갖는 집적 회로 및 그것의 동작 방법 | |
| KR20150051012A (ko) | Puf를 이용하는 하드웨어 암호키 생성 장치 및 방법 | |
| US20030053627A1 (en) | Random-number generation apparatus, random-number generation method, and random-number generation program | |
| CN112291052B (zh) | 基于qam的量子噪声加密方法和*** | |
| CN104461452A (zh) | 片上***中生成真随机数的方法及装置 | |
| Pellicer-Lostao et al. | Pseudo-random bit generation based on 2D chaotic maps of logistic type and its applications in chaotic cryptography |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200626 |