基于電阻熱噪聲與振蕩器的真隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器設(shè)計(jì).pdf

1、隨著電子與通信技術(shù)的發(fā)展，信息安全變得越來(lái)越重要，而密碼學(xué)是保障信息安全的最好方式，也是唯一途徑。在密碼學(xué)應(yīng)用中，無(wú)論是密碼算法中密鑰的產(chǎn)生還是密碼協(xié)議中特定變量的隨機(jī)初始化，都需要用到隨機(jī)數(shù)。為了滿足安全性這一最根本的要求，必須采用完全不可預(yù)測(cè)的真隨機(jī)數(shù)，它有別于偽隨機(jī)數(shù)的根本特點(diǎn)就是沒(méi)有周期性。本文首先介紹了隨機(jī)數(shù)的定義和應(yīng)用場(chǎng)合，并分析了目前常見(jiàn)的三種片上真隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器的產(chǎn)生方式：基于電阻熱噪聲的真隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器、基于振蕩器的真隨機(jī)

2、數(shù)產(chǎn)生器和基于混沌的真隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器。其中，基于混沌的真隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器因其利用混沌函數(shù)生成隨機(jī)序列而受到密碼學(xué)家的質(zhì)疑。因此，本文將設(shè)計(jì)適于片上集成的基于電阻熱噪聲的真隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器和基于振蕩器的真隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器。本文所設(shè)計(jì)的基于電阻熱噪聲的真隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器包含優(yōu)化設(shè)計(jì)的低噪聲運(yùn)算放大器、比較器和失調(diào)補(bǔ)償電路，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相比可以獲得更好的隨機(jī)特性。本文所設(shè)計(jì)的基于振蕩器的真隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器包含帶隙、三角波振蕩器(包括電荷泵、跨導(dǎo)放大器、兩級(jí)運(yùn)算放大器

3、和施密特觸發(fā)器)和D觸發(fā)器，該結(jié)構(gòu)可以保證獲得較大的周期抖動(dòng)。上述兩種真隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器均采用HJTC-0.18μm工藝設(shè)計(jì)并完成了模擬電路的版圖設(shè)計(jì)。最后，分別對(duì)基于電阻熱噪聲的真隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器和基于振蕩器的真隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器進(jìn)行了仿真測(cè)試，并在此過(guò)程中提出了電阻熱噪聲的時(shí)域仿真方法和周期抖動(dòng)的測(cè)試方法。仿真結(jié)果表明，基于電阻熱噪聲的真隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器在輸出吞吐率為10Mbit/s的時(shí)候可以順利通過(guò)隨機(jī)特性測(cè)試；基于振蕩器的真隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器在輸出吞吐