物理真随机数发生器的设计

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1、万方数据第20卷第2期2013年2月电光与控制ElectronicsOptics＆ControlV01．20No．2Feb．2013doi：10．3969／j．issn．1671—637X．2013．02．023物理真随机数发生器的设计董俊1，朱文2，蒲秀英2，席月平3(1．电子信息系统复杂电磁环境效应国家重点实验室，河南洛阳471003；2．中国人民解放军63898部队，河南济源454650；3．中国人民解放军63880部队，河南洛阳471003)摘要：为了得到平稳的随机信号，设计了一种应用于智能卡的物理真

2、随机数发生器。采用振荡采样的方法将噪声源产生的抖动噪声转变为随机数。同时，在发生器输出级运用由异或链、线性反馈移位寄存器组成的后处理模块，消除外部干扰导致随机数发生器产生的偏差和自相关性。通过设计在线检测电路，实时检测随机序列的质量。理论研究和仿真测试证明，该方案能生成均匀、彼此独立的随机信号。关键词：随机数发生器；随机性检测；异或链；线性反馈移位寄存器中图分类号：V271．4文献标志码：A文章编号：1671—637X(2013)02—0093—04DesignofaPhysicalTrueRandomNum

3、berGeneratorDONGJunl，ZHUWen2，PUXiuyin92，XIYuepin93f1．StateKeyLaboratoryofComplexElectromagneticEnvironmentEffectsonElectronics＆InformationSystem,Luoyang471003．China；2．No．63898UnitofPEA,Jiyuan454650，China；3．No．63880UnitofPL凡Luoyang471003，China)Abstract：APhys

4、icalTrueRandomNumberGenerator(PTRNG)wasdesignedforsmartcardapplicationsinordertoobtainastabilizedrandomsignal．Jitternoisegeneratedbythenoisesourcewastranslatedintotherandomnumberbyusingthemethodofoscillationsampling．Meanwhile，toeliminatethedeviationandautoc

5、orrelationoftherandomnumbergenerator,theXORchainandpost—processingmodulecomposedoflinearfeedbackshiftregisterswereusedatthegeneratoroutputlevel．Thequalityoftherandomsequencecouldbedetectedinrealtimethroughthedesignofanonline．detectioncircuit．Theoreticalstud

6、yandsimulationtestsprovedthattheprogramcangeneratehomogeneousandindependentrandomsignal．Keywords：truerandomnumbergenerator；randomnesstest；XORchain；linearfeedbackshiftregister0引言随着信息化的高速发展，人们对信息的安全越来越关注，为此，将密码学引入到信息系统来保障信息的安全，而作为密码学的核心，密钥的质量主要依赖于随机数的不可预测性和不可

7、重复性。因此，如何生成高质量随机数来满足密钥的需要是信息安全研究的重要方向。通常，实现随机数发生器的方式有软件和硬件两种：前者称为伪随机数发生器，由一个称为“种子”的初始状态开始，通过一个确定的算法来生成随机数，一旦给定算法和种子值，序列输出就是确定的，对密码系统来说，这是危险的，容易受到攻击；硬件随机数发生收稿日期：201l一12—0l修回日期：2012—02—21作者简介：董俊(1980一)，男，湖北当阳人，硕士生，工程师，研究方向为通信与信息系统。器称为物理真随机数发生器(PTRNG)，它依托的是自然界

8、物理现象的随机特性，例如电阻和二极管的热噪声，对于PTRNG来说，不存在初始序列或种子，没有哪种算法可预先决定下一个输出是什么，因此，大多数密钥都来自于真随机数发生器的输出。为了得到输出平稳的随机信号应用于某智能卡的开发，本文提出一种基于振荡采样的物理真随机数发生器(PTRNG)。给出了真随机数发生器的结构，详细介绍了数字噪声源模块、后处理模块，讨论了测试结果，通过设计得到相应的结论。1随机数发生器