CN102662627B - 一种基于混沌双螺旋的混合随机序列发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于混沌双螺旋的混合随机序列发生器，其特征在于：包括混沌振荡器、压控振荡器、时钟采样电路、放大和模数转换电路、线性反馈移位寄存器和异或逻辑电路；本发明综合了多种随机数发生机理，更复杂、不可预测，能得到稳定的高质量随机序，同时每一部分的硬件实现都非常简单，成本低，便于大规模工业推广。

Description

一种基于混沌双螺旋的混合随机序列发生器
技术领域
本发明涉及集成电路设计领域，尤其涉及一种基于混沌双螺旋的混合随机序列发生器。
背景技术
对于信息安全的片上系统（SoC），随机序列的产生通常是不可少的。对于加解密的许多应用，比如作为非对称加密算法的密钥，获得稳定、可靠、安全的随机数是很重要的。因此，在许多应用中，都采用能实现理论上不可预测的真随机数发生器。
真随机数发生器的实现，一般基于以下方式：随机噪声放大，振荡采样和混沌电路。其中，噪声放大是指将电路中的器件或者载波等噪声源产生的噪声，经过放大以后使用时钟采样形成数字序列。振荡采样的方法，则是使用一个带有随机抖动的信号，通过控制压控振荡器，产生带相位抖动的时钟。这个带抖动的时钟，被用来采样一个快速的时钟，从而产生随机序列输出。混沌电路的方法则是利用混沌电路对初值极端敏感的特性，实现输出序列的不可预测。
发明内容
基于上述原理，本发明提供不可预测性更强的一种基于混沌双螺旋的混合随机序列发生器。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于混沌双螺旋的混合随机序列发生器，其特征在于：包括混沌振荡器、压控振荡器、时钟采样电路、放大和模数转换电路、线性反馈移位寄存器和异或逻辑电路；
所述混沌振荡器与压控振荡器、放大和模数转换电路连接，用于产生第一混沌信号、第二混沌信号；
所述的压控振荡器与时钟采样电路连接，用于接收第一混沌信号并输出带抖动的慢时钟，所述时钟采样电路接收慢时钟并输出随机数；
所述的放大和模数转换电路与异或逻辑电路连接，用于接收第二混沌信号并转换为数字信号输出；
所述的异或逻辑电路与线性反馈移位寄存器、时钟采样电路连接，用于接收数字信号、随机数、线性反馈移位寄存器输出的伪随机序列并异或后输出。
本发明的第一优选方案为，所述的混沌振荡器为双螺旋混沌振荡器。
本发明的发明思想为：综合了多种随机数发生机理，更复杂、不可预测，能得到稳定的高质量随机序，同时每一部分的硬件实现都非常简单，成本低，便于大规模工业推广。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
附图说明
图1是本实施例电路模块示意图。
具体实施方式
参考图1，一种基于混沌双螺旋的混合随机序列发生器，包括的模块有：混沌振荡器、压控振荡器（VCO）、时钟采样电路（CS）、放大和模数转换电路（Am/AD）、线性反馈移位寄存器（LFSR）和异或逻辑电路。
混沌振荡器用于产生双螺旋的波形，如混沌振荡器框中的螺旋所示。因此，该混沌振荡器又可以称为双螺旋振荡器。该振荡器电路可以由以下方程描述：
上述方程可以方便地使用CMOS电路实现。
从混沌振荡器可以取得类似于电路噪声的、波形。设第一混沌信号为，第二混沌信号为
第二混沌信号的处理采取类似噪声放大的处理方法。Am/AD模块先通过放大器Am对其进行电压的放大，然后采用模数转换器AD进行量化把模拟信号转换为数字信号。鉴于电路需要产生的是随机数，所以上述的Am/AD模块设计精度要求不高。
第一混沌信号的处理采用振荡采样的处理方法。第一混沌信号作为VCO的控制电压，控制VCO产生一个带相位抖动的慢时钟，输出给CS模块。CS模块则把输入的慢时钟对内部产生的一个快时钟进行采样，得到随机的输出。
LFSR则为用异或门和寄存器实现的伪随机序列发生器。其在时钟的作用下不断地产生输出数字信号。该LFSR采用的多项式如下所示，
以上三路的数据流通过异或逻辑电路，然后输出比特流作为本实施例的随机序列输出。本设计采用的噪声放大、振荡采样、混沌电路三种方式为真随机序列的产生方式，另外结合LFSR为伪随机序列产生方式，四种方式结合故其产生为混合随机序列。
本实施例中，放大器AD只含有逻辑门和3个比较器，VCO则由受电压控制的反相器链实现，LFSR仅含16个寄存器和3个异或门。非常适合作为CMOS集成电路中的随机序列产生电路。
本发明不仅限于上述实施例所示的保护范围，所有基于本实施例的发明思想，皆在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种基于混沌双螺旋的混合随机序列发生器，其特征在于：包括混沌振荡器、压控振荡器、时钟采样电路、放大和模数转换电路、线性反馈移位寄存器和异或逻辑电路；
所述混沌振荡器与压控振荡器、放大和模数转换电路连接，用于产生第一混沌信号、第二混沌信号；
所述的压控振荡器与时钟采样电路连接，用于接收第一混沌信号并输出带抖动的慢时钟，所述时钟采样电路接收慢时钟并输出随机数；
所述的放大和模数转换电路与异或逻辑电路连接，用于接收第二混沌信号并转换为数字信号输出；
所述的异或逻辑电路与线性反馈移位寄存器、时钟采样电路连接，用于接收数字信号、随机数、线性反馈移位寄存器输出的伪随机序列并异或后输出；
其中，所述混沌振荡器为双螺旋混沌振荡器，且所述双螺旋混沌振荡器由以下方程描述：
dV x dτ = V y d V y dτ = V z d V z dτ = - 0.7 ( V x + V y + V z - f X x )
第一混沌信号为Vy，第二混沌信号为Vx。
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