CN110098799B - 一种等效重启调频真随机数发生器及真随机数发生方法 - Google Patents

一种等效重启调频真随机数发生器及真随机数发生方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110098799B
CN110098799B CN201910360070.0A CN201910360070A CN110098799B CN 110098799 B CN110098799 B CN 110098799B CN 201910360070 A CN201910360070 A CN 201910360070A CN 110098799 B CN110098799 B CN 110098799B
Authority
CN
China
Prior art keywords
frequency
random number
true random
oscillator
frequency modulation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910360070.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110098799A (zh
Inventor
董丽华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xidian University
Original Assignee
Xidian University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xidian University filed Critical Xidian University
Priority to CN201910360070.0A priority Critical patent/CN110098799B/zh
Publication of CN110098799A publication Critical patent/CN110098799A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110098799B publication Critical patent/CN110098799B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F7/00—Methods or arrangements for processing data by operating upon the order or content of the data handled
    • G06F7/58—Random or pseudo-random number generators
    • G06F7/588—Random number generators, i.e. based on natural stochastic processes
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B1/00—Details
    • H03B1/04—Reducing undesired oscillations, e.g. harmonics
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/20—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising resistance and either capacitance or inductance, e.g. phase-shift oscillator
    • H03B5/24—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising resistance and either capacitance or inductance, e.g. phase-shift oscillator active element in amplifier being semiconductor device
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/26—Modifications of amplifiers to reduce influence of noise generated by amplifying elements
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45—Differential amplifiers
    • H03F3/45071—Differential amplifiers with semiconductor devices only

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

一种等效重启调频真随机数发生器及真随机数发生方法，发生器包括调频高频振荡器、噪声放大器及过零点计数器，噪声放大器的输出端与调频高频振荡器的输入端相连，调频高频振荡器的输出端与过零点计数器的输入端相连，过零点计数器的输出端作为真随机数发生器的输出端。方法包括以下步骤：1)噪声放大器将放大后的噪声输入到调频高频振荡器；2)调频高频振荡器接收放大后的噪声，并以此作为调制信号对高频振荡波进行调频；3)过零点计数器接收到调频后的高频振荡信号，统计某段时间内高频振动信号的过零点数量，最后输出真随机数。本发明累积了噪声的影响，使得输出的真随机数性质更为稳定。

Description

一种等效重启调频真随机数发生器及真随机数发生方法
技术领域
本发明属于电子电路领域，涉及一种等效重启调频真随机数发生器及真随机数发生方法。
背景技术
现有技术关于生成真随机数的途径有很多，例如已公开的专利“一种比较相等电阻热噪声的真随机数发生器”(于慧红，CN101751240B)采用比较器对相同电阻的热噪声信号进行比较处理得到随机数序列；另一专利“多源输入真随机数发生器电路架构”(周昕杰、于宗光、罗静、王栋、田海燕，CN203909778U)则公开了一种通过中间变量对不同类型噪声产生电路进行选择作为噪声源，再用采样校正电路和随机数计数器对其处理得到真随机数的方法。
在目前已有的研究中，也有很多利用振荡器频率的抖动来生成真随机数，例如“一种真随机数生成方法及发生器”(王坚、张鸿飞、崔珂、高原、梁昊、金革，CN102375722A)，利用多个独立的带外部使能端的高频振荡环产生多路输出信号，从中选取采样信号对其他路信号进行采样异或得到真随机数组；“一种基于数字电路的真随机数发生器”(冯睿、胡杨川、何卫国，CN103150138A)将副振荡采样电路与主振荡采样电路中基本振荡采样电路的频率控制端连接，再用后处理电路在基本振荡采样电路输出端进行采样得到真随机数。
图1所示为目前常用的利用振荡器频率的抖动生成真随机数发生器原理图，包括高频时钟振荡器、低频时钟振荡器和触发器，其中低频时钟振荡器作为主要的噪声来源。电子器件中广泛存在的白噪声、闪烁噪声使振荡器的输出并非为理想的周期性信号，而是存在一定的相位抖动，用带有抖动的低频振荡器通过触发器采样高频振荡器的形式即可产生随机数输出。利用该结构产生的随机数具有不可预测性，但由于低频振荡器的抖动是以采样高频时钟的方式表现出来，其采样输出的随机性与高频时钟的工作频率有很大关系，当高频时钟的频率过低或过高时将无法提取出低频时钟的抖动，使系统不满足随机性要求。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中问题，提供一种等效重启调频真随机数发生器及真随机数发生方法，通过人为增加高频振荡器的相位偏移，增加输出随机序列的随机性，保证比特之间的独立性，确保将高频振荡器的相位偏移提取出来并产生真随机数。
为了实现上述目的，本发明的真随机数发生器，包括调频高频振荡器、噪声放大器及过零点计数器，噪声放大器的输出端与调频高频振荡器的输入端相连，调频高频振荡器的输出端与过零点计数器的输入端相连，过零点计数器的输出端作为真随机数发生器的输出端。
所述的调频高频振荡器为晶体锁相环调频振荡器。
所述的调频高频振荡器包括一个正弦波交流发生器V1、一个相乘器A1、四个定值电阻R1、R2、R3和R4、一个定值电容C2、一个直流电压源VCC和一个压控振荡器V2；相乘器A1的输入端连接正弦波交流发生器V1与压控振荡器V2的输出端，相乘器A1的输出端经过定值电阻R1、R2连接压控振荡器V2的输入端，并通过定值电阻R4连接直流电压源VCC，定值电阻R1、R2之间连接定值电容C2后接地，定值电阻R1、R2之间连接定值电容C2的接线上连接定值电阻R3，调频高频振荡器的信号输入端接在定值电阻R3与地线之间，调频高频振荡器的信号正极输出端为压控振荡器V2的正极输出端，负极输出端为地线。
所述的噪声放大器包括定值电阻、反馈电阻、噪声电阻以及运算放大器，噪声电阻的一端接地另一端通过定值电阻连接放大器的反相输入端，放大器的同相输入端接地，放大器的输出端经过反馈电阻接放大器的反相输入端，运算放大器的输出端为噪声放大器的输出端。
所述的过零点计数器有重启捕捉状态和计数状态；在重启捕捉状态开启时，捕捉输入的高频振动信号下一个零点，在捕捉到零点时同时转换到计数状态，当计数状态启动时，在固定时间段内，统计高频振荡信号过零点数量，进行模2运算之后作为一比特真随机数输出。
本发明等效重启调频真随机数发生器的真随机数发生方法，包括以下步骤：
1)噪声放大器将放大后的噪声输入到调频高频振荡器；
2)调频高频振荡器接收放大后的噪声，并以此作为调制信号对高频振荡波进行调频；
3)调频高频振荡器已调信号输出给过零点计数器，过零点计数器接收到调频后的高频振荡信号，统计某段时间内高频振动信号的过零点数量，最后输出真随机数。
所述的调频高频振荡器根据调制信号控制压控振荡器的输出频率实现频率调制，频率控制信号为电压信号。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：建立了对载波相位进行随机干涉的等效重启随机数发生机制，即将物理噪声通过噪声放大器对载波进行频率调制，累加了噪声的影响，增加了真随机数发生器输出的稳定性。在过零点计数器中引入了等效重启机制，降低了比特之间的相关性，确保能够从高频振荡波的频率特性中提取出随机性并产生真随机数。综上所述，本发明通过施加对高频振荡信号的人为相位干扰，并进行等效重启过程，累积了噪声的影响，保证了比特间的独立性，使得输出的真随机数性质更为稳定。
附图说明
图1常用振荡采样法真随机数发生器原理图；
图2本发明调频高频振荡器的电路结构示意图；
图3本发明噪声放大器的电路原理图；
图4本发明等效重启调频真随机数发生器原理图；
图5本发明过零点计数器的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
参见图4，本发明等效重启调频真随机数发生器包括调频高频振荡器、噪声放大器以及过零点计数器。其中，噪声放大器的输出端与调频高频振荡器的输入端相连，调频高频振荡器的输出端与过零点计数器的输入端相连，过零点计数器的输出端作为真随机数发生器的输出端。如图2所示，调频高频振荡器包括一个正弦波交流发生器V1、一个相乘器A1、四个定值电阻R1、R2、R3和R4、一个定值电容C2、一个直流电压源VCC和一个压控振荡器V2。本发明的调频高频振荡器为晶体锁相环调频振荡器。其中，相乘器A1的输入端连接正弦波交流发生器V1与压控振荡器V2的输出端，相乘器A1的输出端经过定值电阻R1、R2连接压控振荡器V2的输入端，并通过定值电阻R4连接直流电压源VCC，定值电阻R1、R2之间连接定值电容C2，经过定值电容C2之后接地，定值电阻R1、R2之间连接定值电容C2的接线上连接定值电阻R3，调频高频振荡器的信号输入端接在定值电阻R3与地线之间，调频高频振荡器的信号正极输出端为压控振荡器V2的正极输出端，负极输出端为地线。调频高频振荡器可以根据调制信号控制压控振荡器的输出频率实现频率调制，频率控制信号为电压信号。参见图3，噪声放大器用于放大电阻噪声，包括定值电阻R1、反馈电阻R3、噪声电阻R2以及运算放大器U1。噪声电阻R2的一端接地另一端通过定值电阻R1接放大器U1的反相输入端，放大器U1的同相输入端接地，放大器U1的输出端经过反馈电阻R2接放大器反相输入端，噪声放大器输出端为运算放大器U1的输出端。参见图5，过零点计数器有两种工作状态：一、重启捕捉状态，二、计数状态。在重启捕捉状态开启时，捕捉输入的高频振动信号下一个零点，在捕捉到零点时同时转换到计数状态，当计数状态启动时，在一段固定时间内，统计高频振荡信号过零点数量，进行模2运算并输出，作为一比特真随机数输出。
本发明还提出了一种等效重启调频真随机数发生方法，包括以下步骤：
(1)运算放大器放大电阻噪声，并将放大后的噪声输入调频高频振荡器；
(2)调频高频振荡器接收到放大后的噪声，并以此作为调制信号对高频振荡波进行调频，并将已调信号输出给过零点计数器；
(3)过零点计数器接收已调高频振荡信号，在一定时间内统计高频振动信号的过零点数量做处理后输出真随机数。
本发明建立了对载波相位进行随机干涉的等效重启随机数发生机制，即将物理噪声通过噪声放大器对载波进行频率调制，累加了噪声的影响，增加了真随机数发生器输出的稳定性。
通过等效重启调频机制，人为增加高频振荡器的相位偏移增加输出随机序列的随机性，保证比特之间的独立性，从而能确保将高频振荡器的相位偏移提取出来并产生真随机数。
本发明通过施加对高频振荡信号的人为相位干扰，并进行等效重启过程，累积了噪声的影响，保证比特间独立性，使得输出的真随机数性质更为稳定。
以上所述内容仅仅是本发明的较佳实施例，并非用以对本发明做任何形式上的限定，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明精神和原则的条件下，本发明还可以进行若干简单的修改和替换，这些修改和替换也均会落入由所提交权利要求划定的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种等效重启调频真随机数发生器，其特征在于：包括调频高频振荡器、噪声放大器及过零点计数器，噪声放大器的输出端与调频高频振荡器的输入端相连，调频高频振荡器的输出端与过零点计数器的输入端相连，过零点计数器的输出端作为真随机数发生器的输出端；
调频高频振荡器包括一个正弦波交流发生器V1、一个相乘器A1、四个定值电阻R1、R2、R3和R4、一个定值电容C2、一个直流电压源VCC和一个压控振荡器V2；其中，相乘器A1的第一输入端连接正弦波交流发生器V1，相乘器A1的第二输入端连接压控振荡器V2的正极输出端，相乘器A1的输出端与定值电阻R1的一端连接，定值电阻R1的另一端连接定值电阻R2的一端，定值电阻R2的另一端连接压控振荡器V2的正极输入端，压控振荡器V2的负极输入端与压控振荡器V2的负极输出端接地，定值电阻R2的另一端还通过定值电阻R4连接直流电压源VCC，定值电阻R1与定值电阻R2之间的接线上连接定值电容C2后接地，定值电阻R1与定值电阻R2之间的接线与定值电容C2连接的接线上连接定值电阻R3的一端，调频高频振荡器的信号输入端接在定值电阻R3的另一端与地线之间，调频高频振荡器的信号正极输出端为压控振荡器V2的正极输出端，负极输出端为地线；
噪声放大器包括定值电阻、反馈电阻、噪声电阻以及运算放大器，其中，噪声电阻的一端接地另一端通过定值电阻连接放大器的反相输入端，放大器的同相输入端接地，放大器的输出端经过反馈电阻接放大器的反相输入端，运算放大器的输出端为噪声放大器的输出端。
2.根据权利要求1所述的等效重启调频真随机数发生器，其特征在于：所述的调频高频振荡器为晶体锁相环调频振荡器。
3.根据权利要求1所述的等效重启调频真随机数发生器，其特征在于：所述的过零点计数器有两种工作状态，分别为重启捕捉状态和计数状态；在重启捕捉状态开启时，捕捉输入的高频振动信号下一个零点，在捕捉到零点时同时转换到计数状态，当计数状态启动时，在固定时间段内，统计高频振荡信号过零点数量，进行模2运算之后作为一比特真随机数输出。
4.一种基于权利要求1所述等效重启调频真随机数发生器的真随机数发生方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）噪声放大器将放大后的噪声输入到调频高频振荡器；
2）调频高频振荡器接收放大后的噪声，并以此作为调制信号对高频振荡波进行调频；
3）调频高频振荡器已调信号输出给过零点计数器，过零点计数器接收到调频后的高频振荡信号，统计某段时间内高频振动信号的过零点数量，最后输出真随机数。
5.根据权利要求4所述的真随机数发生方法，其特征在于：调频高频振荡器根据调制信号控制压控振荡器的输出频率实现频率调制，频率控制信号为电压信号。
CN201910360070.0A 2019-04-30 2019-04-30 一种等效重启调频真随机数发生器及真随机数发生方法 Active CN110098799B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910360070.0A CN110098799B (zh) 2019-04-30 2019-04-30 一种等效重启调频真随机数发生器及真随机数发生方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910360070.0A CN110098799B (zh) 2019-04-30 2019-04-30 一种等效重启调频真随机数发生器及真随机数发生方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110098799A CN110098799A (zh) 2019-08-06
CN110098799B true CN110098799B (zh) 2022-02-11

Family

ID=67446482

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910360070.0A Active CN110098799B (zh) 2019-04-30 2019-04-30 一种等效重启调频真随机数发生器及真随机数发生方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110098799B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111010149B (zh) * 2019-12-18 2023-05-05 浙江悦和科技有限公司 随机信号发生器

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1752924A (zh) * 2005-08-18 2006-03-29 上海微科集成电路有限公司 基于振荡器的真随机数发生器
CN1792030A (zh) * 2003-03-26 2006-06-21 艾利森电话股份有限公司 噪声发生器
CN1983803A (zh) * 2005-12-13 2007-06-20 松下电器产业株式会社 D类放大器
GB2447804A (en) * 2004-06-08 2008-09-24 Hrl Lab Llc Cryptographic architecture with instruction masking for thwarting differential power analysis
CN103049243A (zh) * 2012-12-17 2013-04-17 深圳国微技术有限公司 真随机数产生方法及其装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1792030A (zh) * 2003-03-26 2006-06-21 艾利森电话股份有限公司 噪声发生器
CN102064766A (zh) * 2003-03-26 2011-05-18 艾利森电话股份有限公司 噪声发生器
GB2447804A (en) * 2004-06-08 2008-09-24 Hrl Lab Llc Cryptographic architecture with instruction masking for thwarting differential power analysis
CN1752924A (zh) * 2005-08-18 2006-03-29 上海微科集成电路有限公司 基于振荡器的真随机数发生器
CN1983803A (zh) * 2005-12-13 2007-06-20 松下电器产业株式会社 D类放大器
CN103049243A (zh) * 2012-12-17 2013-04-17 深圳国微技术有限公司 真随机数产生方法及其装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN110098799A (zh) 2019-08-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103347332B (zh) 信号处理方法及电路及带该电路的led调光电路
CN106537767B (zh) 限幅振荡电路
US9893771B2 (en) Wireless charger using frequency aliasing FSK demodulation
US11070091B2 (en) Wireless power transfer based on transmitter coil voltage sensing
CN103887895A (zh) 用于感应式电源供应器的供电模块及电流信号检测方法
CN104734370A (zh) 感应式电源供应器的供电模块及其电压测量方法
JP3447734B2 (ja) デジタルオーディオインタフェースプロトコルを提供する方法及び装置
CN111431486B (zh) 一种基于物联网的信息调节电路
CN110098799B (zh) 一种等效重启调频真随机数发生器及真随机数发生方法
CN104237786A (zh) 一种识别电路及家电设备
CN111953629A (zh) 一种基于Qi标准的无线充电设备的FSK解调器及其解调方法
CN102361446B (zh) 一种三角波振荡电路
CN102693119B (zh) 一种真随机数产生电路及信息安全芯片
US8044744B2 (en) Time modulation with cosine function
US20230370115A1 (en) Wireless Power Systems With Amplitude-Shift-Keying Communications
CN111756393A (zh) 一种基于物联网的建筑施工信息管理系统
CN111277446A (zh) 一种区块链节点实时监测系统
US10084471B1 (en) Analog to digital converter and wireless communication device
US7911286B2 (en) Multiplexed voltage and current signaling
US6680988B1 (en) Non-linear extraction circuit and clock extraction circuit
CN1981436B (zh) 脉冲调制信号解调电路及具有该电路的感光电路和电器
CN110620570B (zh) 一种低抖动脉宽高分辨率可调方波脉冲产生系统和方法
JP2007523547A (ja) 無線データ伝送のための方法および装置
US8076988B2 (en) Voltage and current signaling
TWI839008B (zh) 馬達控制系統之雜訊去除方法與電路

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant