數(shù)字真隨機數(shù)發(fā)生器的設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、對于一個加密系統(tǒng)而言，隨機數(shù)的隨機性質(zhì)量一定程度上決定了信息安全系統(tǒng)的安全性。本文的目標是設(shè)計并實現(xiàn)一種基于全數(shù)字電路的真隨機數(shù)發(fā)生電路，輸出序列需通過NIST SP800-22和FIPS140-2隨機數(shù)測試標準檢測。
　　數(shù)字真隨機數(shù)發(fā)生器一般由熵源和后處理兩部分組成。熵源利用不可預(yù)測的一些物理機理作為隨機源，后處理用來消除或者降低熵源輸出的偏置與相關(guān)性。本文基于斐波那契與伽羅瓦環(huán)振引入亞穩(wěn)態(tài)子環(huán)振結(jié)構(gòu)，設(shè)計了一種基于亞穩(wěn)態(tài)反饋

2、環(huán)振結(jié)構(gòu)的熵源。該結(jié)構(gòu)采用10個亞穩(wěn)態(tài)斐波伽羅瓦反饋環(huán)振異或構(gòu)成，其中每個亞穩(wěn)態(tài)斐波伽羅瓦反饋環(huán)振由5級亞穩(wěn)態(tài)斐波那契環(huán)振與7級亞穩(wěn)態(tài)伽羅瓦環(huán)振異或組成。亞穩(wěn)態(tài)斐波伽羅瓦反饋環(huán)振在采樣時鐘為低電平時，各個子環(huán)振將會從大反饋環(huán)振中斷開，自成環(huán)路，輸出處于亞穩(wěn)狀態(tài);采樣時鐘為高電平時各子環(huán)振進入生成模式，亞穩(wěn)態(tài)斐波伽羅瓦反饋環(huán)振變成斐波伽羅瓦反饋環(huán)振進行振蕩，此時進行采樣輸出。相較于普通斐波那契與伽羅瓦環(huán)振，該結(jié)構(gòu)的亞穩(wěn)態(tài)事件更容易發(fā)生，且

3、能降低序列連續(xù)比特位之間的相關(guān)性。后處理方案采用馮諾依曼糾偏法，可以在不影響原始序列隨機性的同時有效消除偏差。為進一步增加隨機性，采集方式采用各個反饋環(huán)振獨立采樣后，異或結(jié)合再采樣的手段，來有效制造亞穩(wěn)態(tài)事件。
　　本設(shè)計采用QuartusⅡ軟件自動綜合而成，并在Altera CycloneⅣ4CE115 FPGA上實現(xiàn)。采用NIST SP800-22與FIPS140-2隨機數(shù)統(tǒng)計測試集對二進制輸出序列進行了隨機性驗證。結(jié)果表明本