CN109245883A - 一种随机数发生器及随时数产生方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种随机数发生器及随时数产生方法，包括：触发模块；计数模块，所述计数模块与所述触发模块连接，所述计数模块在所述触发模块的驱动下开始计数，且每次计数的初始值为上一次计数的终值。本发明提供的一种随机数发生器，通过触发模块驱动所述计数模块进行技术，结构简单，便于操作，同时，每次计数的初始值为上一次计数的终值，从而使产生的随机数无规律，从而产生高质量的随机数。

Description

一种随机数发生器及随时数产生方法

技术领域

本发明涉及信息安全系统中密钥管理技术领域，特别是涉及一种随机数发生器及随时数产生方法。

背景技术

随机数发生器是一种模拟数字混合的安全芯片，它将电路中的随机噪声的影响加以增强，采样得到高速的随机的"0"、"1"序列，该序列能够通过随机性测试。

随机数发生器在安全信息系统中起着非常重要的作用，作为安全信息系统的核心组件，任何一部密码机、密码设备或者密码协议都离不开随机数发生器。在设计精良的密码组件中，必须有两类乱源，一类是数学乱源，一类是物理乱源，这两者都是不可或缺的。数学乱源可以用数学算法实现，而物理乱源必须要用数字物理噪声源来实现。

随机数发生器常被用作密钥管理，其主要功能是产生随机的序列来用作密钥。随着计算机科学与通信技术的快速发展，信息在存储、传送、接收和处理过程中的安全问题己受到人们的广泛关注，对高质量随机数的要求也与日俱增。随机数在信息安全系统中扮演着重要的角色，在基于计算机或互连网的通信和交易中有着广泛的应用。比如数据加密、密钥管理、电子商务、数字签名、身份鉴定以及蒙特卡罗仿真等都要用到随机数。

对于很多加密系统而言，其安全性完全取决于使用的密钥和一些协议中的参数等条件，若采用传统模型产生的伪随机序列作为密钥，如果攻击者拥有足够的计算能力，则完全可以预测到伪随机数的产生规律。对于许多使用伪随机数的安全系统来说，由于软件方法不能保证足够的不确定性，伪随机数注定成为它们性能提高的瓶颈。即使一个安全系统的其他部件都足够安全，使用伪随机数也会使整个系统变得很脆弱、易受到攻击。如果安全系统内部使用的是真随机数的话，即使攻击者有很强的计算能力，并且己知所有产生的序列，也不能预测系统下一个要产生的随机数，这样就提高了安全系数，降低了安全隐患。发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的一个目的在于提供一种随机数发生器，所述随机数发生器包括：触发模块；计数模块，所述计数模块与所述触发模块连接，所述计数模块在所述触发模块的驱动下开始计数，且每次计数的初始值为上一次计数的终值。

本发明提供的一种随机数发生器，通过触发模块驱动所述计数模块进行技术，结构简单，便于操作，同时，每次计数的初始值为上一次计数的终值，从而使产生的随机数无规律，从而产生高质量的随机数。

另外，根据本发明所述的随机数发生器，还具有如下技术特征：

所述触发模块包括检测模块，所述检测模块可检测所述触发模块的触发时间。

所述计数模块还包括记忆模块，所述记忆模块可记忆所述计数模块计数之后的终值，并在所述计数模块下次计数时将该终值输出给所述计数模块并作为所述计数模块下次计数时的初始值。

所述触发模块为实体按键或虚拟按键。

所述检测模块为计时器。

一种随机数产生方法，所述随机数产生方法包括上述任意一项所述的随机数发生器。

所述的随机数产生方法，包括如下步骤：

触发所述触发模块；

所述计数模块第一次上电启动，所述计数模块计数公式为：

V₁＝V₀+T₁*f

其中，V₁为所述计数模块第一次上电后的记录的数值，V₀为所述计数模块第一次上电前，所述计数模块记录的数值，T₁为第一次按压所述触发模块的时间，f为计数模块计数的频率；

所述计数模块第n次被所述触发模块启动计数时，所述计数模块记录的数值为V_n,

V_n＝V_n﹣1﹢T_n*f

其中V_n﹣1为所述计数模块第n－1次被所述触发模块启动计数时所述计数模块记录的数值,T_n为所述触发模块第n次被按压的时间。

所述触发模块在第w次按压后被误碰，所述触发模块被误碰的时间为T_W,所述计数模块在第W+1次被所述触发模块启动计数时，

V_W+1＝V_W﹣1﹢T_w﹢1*f﹢Z_W

Z_W＝V_W﹣1﹢T_w*f

其中，Z_W为所述触发模块在第w次按压后被误碰时，所述计数模块记录的数值。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一个实施例的随机数发生器的电路结构示意图；

图2是本发明另一个实施例的随机数发生器的电路结构示意图；

图3是本发明再一个实施例的随机数产生方法的流程框图。

附图标记：

触发模块1，检测模块11，

计数模块2，记忆模块21。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明提供了一种随机数发生器。参考图1，所述随机数发生器包括：触发模块1以及计数模块2。

本实施例中，所述触发模块1与所述计数模块2电连接或者无线连接，在所述触发模块1接到操作指令时，例如按下触发模块1的按钮，所述触发模块1会通过有线或者无线的方式给所述计数模块2一个启动信号，即驱动所述计数模块2开始计数，在所述触发模块1接收到停止指令时，例如释放所述触发模块1的按钮，所述触发模块1会通过有线或者无线的方式给所述计数模块2一个暂停/停止信号，即所述计数模块2停止计数，待下一次所述触发模块1接到操作指令时，所述计数模块2在所述上一次计数的基础上开始计数，即上一次计数的终值作为下一次计数的初始值。

本发明提供的一种随机数发生器，通过触发模块1驱动所述计数模块2进行技术，结构简单，便于操作，同时，每次计数的初始值为上一次计数的终值，从而使产生的随机数无规律，从而产生高质量的随机数。

在具体实施中，参考图2，所述触发模块1包括检测模块11，所述检测模块11可检测所述触发模块1的触发时间，所述检测模块11根据所述触发模块1的触发时间以及所述计数模块2的主频计算出所述计数模块2计数的数值并在显示屏等显示器件上进行显示所述计数模块2的计数结果，所述显示屏等显示装置可设置在所述随机数发生器上，也可以与所述随机数发生器进行无线连接，将计数模块2的计数结果通过无线传输的方式传输至显示屏进行显示，所述显示装置可以为电子产品等，如手机等；当然，所述检测模块11也可以设置在所述计数模块2内，其与设置在所述触发模块1的连接方式、计算方式以及传输方式相同，此处不一一赘述，所述触发模块1可设置为实体按键或虚拟按键，具体可根据需求进行设置。

所述检测模块11为计时器或者利用软件扫描触发模块的触发时间/保持时间，使用软件扫描的方式进行计时，无须增加额外的硬件成本，且容易实现。

所述计数模块2还包括记忆模块21，所述记忆模块21可记忆所述计数模块2计数之后的终值，并在所述计数模块2下次计数时将该终值输出给所述计数模块2并作为所述计数模块2下次计数时的初始值，从而使产生的随机数无规律，从而产生高质量的随机数。

本发明提供的一种随机数发生器，通过触发模块1驱动所述计数模块2进行技术，结构简单，便于操作，同时，每次计数的初始值为上一次计数的终值，从而使产生的随机数无规律，从而产生高质量的随机数。

本发明还提供一种随机数产生方法，所述随机数产生方法包括上述任意一项所述的随机数发生器。

参考图3，所述的随机数产生方法，包括如下步骤：

当需要产生随机数时，触发所述触发模块1，如通过按压实体按键(按钮)或者触摸虚拟按钮以触发所述触发模块1；

所述计数模块2在所述触发模块1触发后，所述计数模块2第一次上电启动，所述计数模块2计数公式为：

V₁＝V₀+T₁*f

其中，V₁为所述计数模块2第一次上电后的记录的数值；V₀为所述计数模块2第一次上电前，所述计数模块2记录的数值，该值可以为零或者任意的其他数值；T₁为第一次按压所述触发模块1的时间，即所述检测模块11记录的时间；f为计数模块2计数的频率，即所述计数模块2的主频；

所述计数模块2第n次被所述触发模块1启动计数时，所述计数模块2记录的数值为V_n,

V_n＝V_n﹣1﹢T_n*f

其中V_n﹣1为所述计数模块2第n－1次被所述触发模块1启动计数时所述计数模块2记录的数值,T_n为所述触发模块1第n次被按压的时间。

例如，所述计数模块2运行的主频为50M,所述计数模块2每隔20ns加一，而一次触发所述触发模块1的保持时间100ms以上，所述计数模块2就可以从0累加至少到5000000，从而产生高质量的随机数。

参考图3，另一实施例中，在具体设置时，对于触发模块1不设置任何保护措施，增加所述触发模块1被误触的可能性，

所以，所述触发模块1在第w次按压后被误碰，所述触发模块1被误碰的时间为T_W,所述计数模块2在第W+1次被所述触发模块1启动计数时，

V_W+1＝V_W﹣1﹢T_w﹢1*f﹢Z_W

Z_W＝V_W﹣1﹢T_w*f

其中，Z_W为所述触发模块1在第w次按压后被误碰时，所述计数模块2记录的数值。

每次所述触发模块1被触发时，所述计数模块2记录的数值会依次叠加，因此，所述触发模块1被误触的次数/可能性越大，所述随机数发生器产生的随机数的不确定性就越大，随机数的质量就越高，更有利于数据加密、密钥管理、电子商务、数字签名、身份鉴定以及蒙特卡罗仿真等。

本发明提供的一种随机数产生方法，每次计数的初始值为上一次计数的终值，从而使产生的随机数无规律，同时，所述触发模块1被误触的不确定性/随机性，可有效提高随机数的质量。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种随机数发生器，其特征在于，包括：

触发模块；

计数模块，所述计数模块与所述触发模块连接，所述计数模块在所述触发模块的驱动下开始计数，且每次计数的初始值为上一次计数的终值。

2.根据权利要求1所述的随机数发生器，其特征在于，所述触发模块包括检测模块，所述检测模块可检测所述触发模块的触发时间。

3.根据权利要求1所述的随机数发生器，其特征在于，所述计数模块还包括记忆模块，所述记忆模块可记忆所述计数模块计数之后的终值，并在所述计数模块下次计数时将该终值输出给所述计数模块并作为所述计数模块下次计数时的初始值。

4.根据权利要求1所述的随机数发生器，其特征在于，所述触发模块为实体按键或虚拟按键。

5.根据权利要求2所述的随机数发生器，其特征在于，所述检测模块为计时器。

6.一种随机数产生方法，其特征在于，所述随机数产生方法包括权利要求1至5任意一项所述的随机数发生器。

7.根据权利要求6所述的随机数产生方法，其特征在于，包括如下步骤：

触发所述触发模块；

所述计数模块第一次上电启动，所述计数模块计数公式为：

V₁＝V₀+T₁*f

其中，V₁为所述计数模块第一次上电后的记录的数值，V₀为所述计数模块第一次上电前，所述计数模块记录的数值，T₁为第一次按压所述触发模块的时间，f为计数模块计数的频率；

所述计数模块第n次被所述触发模块启动计数时，所述计数模块记录的数值为V_n,

V_n＝V_n﹣1﹢T_n*f

其中V_n﹣1为所述计数模块第n－1次被所述触发模块启动计数时所述计数模块记录的数值,T_n为所述触发模块第n次被按压的时间。

8.根据权利要求7所述的随机数发生器，其特征在于，所述触发模块在第w次按压后被误碰，所述触发模块被误碰的时间为T_W,所述计数模块在第W+1次被所述触发模块启动计数时，

V_W+1＝V_W﹣1﹢T_w﹢1*f﹢Z_W

Z_W＝V_W﹣1﹢T_w*f

其中，Z_W为所述触发模块在第w次按压后被误碰时，所述计数模块记录的数值。