基于振荡器的真随机数发生器的研究

以基于振荡器的真随机数发生器为研究对象,理论分析了影响随机数发生器输出随机性的关键因素.对影响随机性的因素给出不同的参数选取,并使用Matlab软件对各种条件下输出序列的0/1概率差进行了计算,分别验证了采样时刻、高频占空比等因素对真随机数发生器输出的影响,给出了能够提高基于振荡器采样的真随机数发生器随机性的具体方法.所得的结论对设计一个具体的基于振荡器的真随机数发生器具有明确的指导意义.     

一种无记忆的真随机数发生器

基于传统的振荡采样电路,设计了一种无记忆的真随机数发生器,从理论上保证了输出是相互独立的.采用弹性函数作为后处理,以较小的硬件代价改善了随机数的统计性能.用纯数字电路在FPGA平台上实现,并验证了该真随机数发生器的性能.测试结果表明该真随机数发生器具有较高的数据输出率和良好的统计特性,适合应用于密码系统中.     

一种基于流水型ADC的高速真随机数发生器

1.5位每级流水型ADC子单元的传输函数满足混沌映射的特性,通过将子单元的两个数字输出进行异或,改变产生序列的分布特性,即可用来产生独立且均匀分布的随机数.根据这个原理设计实现了一种高速真随机数发生器,并引入了一种新型的高速低功耗预放大锁存比较器.仿真结果表明,在未加任何后处理电路修正的情况下,生成的随机序列即可通过NIST标准随机性检测,输出比特率可达200Mb/s.     

用于SRAM PUFs的伪随机数发生器的FPGA实现

信息安全问题日益突出,而随机数则是信息安全系统的基石.本文以哈希算法为核心设计了一种伪随机数发生器,其以静态随机存储器物理不可克隆函数（Static Random Access Memory Physical Unclonable Functions,SRAM PUFs）为熵源,能够产生大量的伪随机序列.通过对熵源有效性的在线监测以及对种子的动态重播操作,本文提出的用于SRAM PUFs的伪随机数发生器提高了伪随机序列的安全性,可应用于各种高安全等级加密系统中.该发生器在FPGA开发平台上得到实现,其发生速度达598.1Mbps.随机数检测套件NIST分析结果表明：该伪随机数发生器的输出通过了所有测试项目,具有良好的随机性.     

面向混沌激光熵源的安全随机数提取

基于混沌激光的随机数发生器可以实现大量高速的真随机数产生。然而,受随机数产生过程中引入的额外技术噪声影响,原始随机数无法提供真随机性。为了从信息论的角度实现安全随机数的产生,必须定量评估熵源产生的随机性。本文中通过实验搭建基于混沌激光的随机数产生装置,使用条件最小熵评估原始随机数中可提取的真随机性。同时,通过更换不同的器件讨论关键参数对原始随机性的影响。在原始随机数的后处理提取过程中使用信息论可证安全的Toeplitz提取器,最终实现了安全随机数的产生。     

一种基于熵源分离模型的可重构安全原语

在信息爆炸时代,信息的安全问题受到了广泛关注。在物联网设备的加密协议中,物理不可克隆函数(PUF)与真随机数发生器成为加密协议中基本的安全原语,提供了轻量级的解决方案。文章提出了一种熵源分离模型,能够分离环形振荡器中抖动(真随机数发生器的熵)和工艺偏差(PUF熵)引起的延时。基于该模型,在FPGA上设计了一种可重构的双工作模式电路,通过改变模式可分别生成PUF和真随机数。相较于FPGA上独立设计的PUF和真随机数发生器,该结构具有资源开销小、面积利用率高、功耗低等优势。实验结果表明,生成的PUF稳定性高、唯一性强、均匀性好;真随机数序列均通过了NIST测试,具有高随机性和不可预测性。     

基于混沌的高速真随机数发生器的设计与实现

选取分段线性的混沌表达式来设计真随机数发生器,具体分析了表达式中参数对迭代产生的序列的影响,并给出了最佳的参数选择范围.真随机数发生器由模拟电路实现,整个电路由八级结构相同的子电路和一级抗饱和电路构成.每级子电路都由运算电路和采样/保持电路两部分组成,同时,分析了它们的工作过程和仿真结果.介绍了如何在开关电容电路中消除电荷注入对电路的影响.所设计的真随机数发生器芯片采用TSMC的0.25μm,mixed signal的工艺进行流片,芯片面积为2.34mm2,并完成了对芯片的测试工作.     

一种基于单电子隧穿结和MOS晶体管的混合随机数发生器

提出了一种新颖的单电子随机数发生器(RNG).该随机数发生器由多个单电子隧穿结(MTJ)以及单电子晶体管(SET)/MOS管混合输出电路组成.MTJ被用于实现一个高频率的振荡器.它利用了电子隧穿的物理随机性得到了很大的振荡频率漂移.SET/MOS管输出电路放大并输出MTJ振荡器的输出信号.该信号经过一个低频信号采样后,产生随机数序列.所提出的随机数发生器使用简单的电路结构产生了高质量的随机数序列.它具有简单的结构,输出随机数的速度可以高达1GHz.同时,该电路还具有带负载能力以及很低的功耗.这种新颖的随机数发生器对未来的密码和通讯系统具有一定的应用前景.     

一种基于单电子隧穿结和MOS晶体管的混合随机数发生器

提出了一种新颖的单电子随机数发生器(RNG).该随机数发生器由多个单电子隧穿结(MTJ)以及单电子晶体管(SET)/MOS管混合输出电路组成.MTJ被用于实现一个高频率的振荡器.它利用了电子隧穿的物理随机性得到了很大的振荡频率漂移.SET/MOS管输出电路放大并输出MTJ振荡器的输出信号.该信号经过一个低频信号采样后,产生随机数序列.所提出的随机数发生器使用简单的电路结构产生了高质量的随机数序列.它具有简单的结构,输出随机数的速度可以高达1GHz.同时,该电路还具有带负载能力以及很低的功耗.这种新颖的随机数发生器对未来的密码和通讯系统具有一定的应用前景.     

基于混沌的高速真随机数发生器的设计与实现

选取分段线性的混沌表达式来设计真随机数发生器,具体分析了表达式中参数对迭代产生的序列的影响,并给出了最佳的参数选择范围.真随机数发生器由模拟电路实现,整个电路由八级结构相同的子电路和一级抗饱和电路构成.每级子电路都由运算电路和采样/保持电路两部分组成,同时,分析了它们的工作过程和仿真结果.介绍了如何在开关电容电路中消除电荷注入对电路的影响.所设计的真随机数发生器芯片采用TSMC的0 .2 5 μm,mixed signal的工艺进行流片,芯片面积为2 .34m m2 ,并完成了对芯片的测试工作