CN205721741U - 一种适用于rfid阅读器的真随机数产生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了适用于RFID阅读器的真随机数产生装置，包括带隙基准电路、第一电阻、第二电阻、噪声放大器、施密特触发器、非门、D触发器、电荷泵、跨导放大器以及负载电阻，所述第二电阻的一端分别与带隙基准电路的输出端及负载电阻的一端连接，负载电阻的另一端与第一电阻的一端和跨导放大器的输出端连接，第一电阻的另一端和第二电阻的另一端与噪声放大器的正负输入端连接；噪声放大器的输出端依次通过施密特触发器和非门与D触发器的输入端连接，非门的输出端还通过电荷泵与跨导放大器的输入端连接。本实用新型能提高低频振荡器的周期抖动，增加随机性，达到产生完全不可预测的真随机数的目的。本实用新型可广泛应用于信息安全领域中。

Description

一种适用于 RFID 阅读器的真随机数产生装置

技术领域

本实用新型涉及信息安全技术，尤其涉及一种适用于RFID阅读器的真随机数产生装置。

背景技术

射频识别（Radio Frequency Identification，简称RFID）技术是一种非接触式的自动识别技术，它通过电磁波或电感祸合方式传递信号，以完成对目标对象的自动识别。与条形码、磁卡、接触式IC卡等其它自动识别技术相比，RFID技术具有识别过程无须人工干预、可同时识别多个目标、信息存储量大、可工作于各种恶劣环境等优点，因此，RFID技术已经被广泛地应用于固定资产管理、生产线自动化、动物和车辆识别、公路收费、门禁系统、仓储、商品防伪、航空包裹管理、集装箱管理等多种不同领域中。而对于传统的射频识别系统，其通常包括标签、阅读器和后端数据处理系统三个部分。

随着电子与通信技术的发展，信息安全变得越来越重要，而密码学则是保障信息安全的最好方式，也是唯一途径。在密码学应用中，无论是密码算法中密钥的产生还是密码协议中特定变量的随机初始化，都需要用到随机数，可见，随机数在密码学技术中是非常重要的。而目前，任何信息安全系统的安全性都依赖于这些随机数的随机性，若系统的随机数产生器是不安全的，那么整个系统也是不安全的。因此由此可得，为了满足射频识别系统安全性这一最根本的要求，提供一种用于产生完全不可预测的真随机数的方案，这是目前迫切需要解决的问题。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种适用于RFID阅读器的真随机数产生装置。

本实用新型所采用的技术方案是：一种适用于RFID阅读器的真随机数产生装置，包括带隙基准电路、第一电阻、第二电阻、噪声放大器、施密特触发器、非门、D触发器、电荷泵、跨导放大器以及负载电阻，所述第二电阻的一端分别与带隙基准电路的输出端以及负载电阻的一端连接，所述负载电阻的另一端分别与第一电阻的一端和跨导放大器的输出端连接，所述第一电阻的另一端与噪声放大器的正输入端连接，所述第二电阻的另一端与噪声放大器的负输入端连接；

所述噪声放大器的输出端与施密特触发器的输入端连接，所述施密特触发器的输出端通过非门分别与D触发器的信号输入端和电荷泵的输入端连接，所述电荷泵的输出端与跨导放大器的输入端连接。

进一步，其还包括第一电容，所述第一电容的一端与电荷泵的输出端连接，所述第一电容的另一端接地。

进一步，所述施密特触发器包括第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、第五场效应管以及第六场效应管；所述第一场效应管的漏极分别与第二场效应管的源极和第三场效应管的源极连接，所述第二场效应管的漏极分别与第四场效应管的漏极和非门的输入端连接，所述第四场效应管的源极分别与第五场效应管的漏极和第六场效应管的源极连接，所述第六场效应管的栅极与第三场效应管的栅极连接；

所述第五场效应管的源极和第三场效应管的漏极均接电源电压，所述第一场效应管的源极和第六场效应管的漏极均接地，所述噪声放大器的输出端分别与第一场效应管的栅极、第二场效应管的栅极、第四场效应管的栅极以及第五场效应管的栅极连接。

进一步，还包括RFID阅读器的晶振，所述晶振的输出端与D触发器的时钟信号输入端连接。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的真随机数产生装置包括带隙基准电路、第一电阻、第二电阻、噪声放大器、施密特触发器、非门、D触发器、电荷泵、跨导放大器以及负载电阻，所述第二电阻的一端分别与带隙基准电路的输出端以及负载电阻的一端连接，所述负载电阻的另一端分别与第一电阻的一端和跨导放大器的输出端连接，所述第一电阻的另一端与噪声放大器的正输入端连接，所述第二电阻的另一端与噪声放大器的负输入端连接；所述噪声放大器的输出端与施密特触发器的输入端连接，所述施密特触发器的输出端通过非门分别与D触发器的信号输入端和电荷泵的输入端连接，所述电荷泵的输出端与跨导放大器的输入端连接，由此可得，本实用新型真随机数产生装置能够提高低频振荡器的周期抖动，从而增加随机数的随机性，达到产生完全不可预测的真随机数的目的。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：

图1是本实用新型一种适用于RFID阅读器的真随机数产生装置的结构示意图；

图2是本实用新型一种适用于RFID阅读器的真随机数产生装置中施密特触发器的一具体实施例电子电路示意图。

1、噪声放大器。

具体实施方式

对于所述的真随机数，它有别于伪随机数的根本特点就是没有周期性。根据常识可知，真随机数产生器通常是利用 CMOS 振荡器中的时域抖动（振荡频率漂移）作为随机源，而时域抖动则是由环形振荡器中噪声引起的一种随机现象。在基于振荡器的真随机数产生器设计上，可以利用一个 D 触发器来实现低频振荡器对高频振荡器的采样，若采样用的低频振荡器的频率在每个周期（抖动的）都是漂移的，那么输出位流将是随机的。在这一基础上，通过采用其它噪声源，这则能增加更多的抖动。因此基于这一原理，本实用新型设计了一种适用于RFID阅读器的真随机数产生装置。

如图1所示，一种适用于RFID阅读器的真随机数产生装置，包括带隙基准电路、第一电阻R1、第二电阻R2、噪声放大器1、施密特触发器、非门、D触发器、电荷泵、跨导放大器OTA以及负载电阻R3；

所述第二电阻R2的一端分别与带隙基准电路的输出端和负载电阻R3的一端连接，所述负载电阻R3的另一端分别第一电阻R1的一端和跨导放大器OTA的输出端连接，所述第一电阻R1的另一端与噪声放大器1的正输入端连接，所述第二电阻R2的另一端与噪声放大器1的负输入端连接；

所述噪声放大器1的输出端与施密特触发器的输入端连接，所述施密特触发器的输出端通过非门分别与D触发器的信号输入端和电荷泵的输入端连接，所述电荷泵的输出端与跨导放大器OTA的输入端连接。对于所述D触发器的时钟信号，其应为一高频信号，而优选地，本实用新型的真随机数产生装置还包括RFID阅读器的晶振，所述晶振的输出端与D触发器的时钟信号输入端连接，即所述D触发器的时钟信号（高频信号）由RFID阅读器的晶振提供。另外，对于上述的带隙基准电路，其不仅用于提供参考电压，并且还可给电荷泵和噪声放大器1提供偏置电压。

由上述可得，在本装置中带隙基准电路、电阻噪声源（第一电阻R1、第二电阻R2）、噪声放大器1、施密特触发器、非门、电荷泵以及跨导放大器OTA共同构成了低频振荡器；而在低频振荡器中增加了电阻噪声源和噪声放大器1，能够增加低频振荡器的噪声从而提高周期抖动；而所述的跨导放大器则用于将电荷泵所输出的三角波电压信号转换为电流信号并通过负载电阻R3将电流信号转换回电压信号，此时，转换后得到的三角波电压信号已被缩小，这样便能提高了电阻噪声源上的噪声信号与三角波信号的比值，从而大大提高了低频振荡器的周期抖动；最后，利用低频振荡器所输出的低频信号（即非门所输出的信号），对高频信号（所述高频信号为由RFID阅读器的晶振所产生的时钟信号）进行采样，这样便能得到原始的随机序列。由此可得，通过使用本实用新型的真随机数产生装置，能够提高低频振荡器的周期抖动，从而增加最终输出的随机位流的随机性，达到产生完全不可预测的真随机数的目的。而且，通过本实用新型真随机数产生装置的电路设计，还能获得随机数更快的输出速率。

进一步作为优选的实施方式，其还包括第一电容C1，所述第一电容的一端C1与电荷泵的输出端连接，所述第一电容C1的另一端接地。

进一步作为优选的实施方式，如图2所示，本实施例中的施密特触发器包括第一场效应管M1、第二场效应管M2、第三场效应管M3、第四场效应管M4、第五场效应管M5以及第六场效应管M6；

所述第一场效应管M1的漏极分别与第二场效应管M2的源极和第三场效应管M3的源极连接，所述第二场效应管M2的漏极分别与第四场效应管M4的漏极和非门的输入端连接，所述第四场效应管M4的源极分别与第五场效应管M5的漏极和第六场效应管M6的源极连接，所述第六场效应管M6的栅极与第三场效应管M3的栅极连接；

所述第五场效应管M5的源极和第三场效应管M3的漏极均接电源电压，所述第一场效应管M1的源极和第六场效应管M6的漏极均接地，所述噪声放大器1的输出端分别与第一场效应管M1的栅极、第二场效应管M2的栅极、第四场效应管M4的栅极以及第五场效应管M5的栅极连接。

对于上述的施密特触发器，根据其输出是低电平还是高电平，可以把施密特触发器电路分为两部分，当输出为低电平时，那么M6导通，M3截止，计算转换点电压时主要考虑 PMOS管部分；当输出是高电平时，那么M3导通，M6截止，计算转换点电压时主要考虑 NMOS 管部分。另外当输出是高电平时，M4 管和 M5 管导通，提供了一条输出到VDD 的直流通路。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (4)

1.一种适用于RFID阅读器的真随机数产生装置，其特征在于：包括带隙基准电路、第一电阻、第二电阻、噪声放大器、施密特触发器、非门、D触发器、电荷泵、跨导放大器以及负载电阻，所述第二电阻的一端分别与带隙基准电路的输出端以及负载电阻的一端连接，所述负载电阻的另一端分别与第一电阻的一端和跨导放大器的输出端连接，所述第一电阻的另一端与噪声放大器的正输入端连接，所述第二电阻的另一端与噪声放大器的负输入端连接；

所述噪声放大器的输出端与施密特触发器的输入端连接，所述施密特触发器的输出端通过非门分别与D触发器的信号输入端和电荷泵的输入端连接，所述电荷泵的输出端与跨导放大器的输入端连接。

2.根据权利要求1所述一种适用于RFID阅读器的真随机数产生装置，其特征在于：其还包括第一电容，所述第一电容的一端与电荷泵的输出端连接，所述第一电容的另一端接地。

3.根据权利要求1或2所述一种适用于RFID阅读器的真随机数产生装置，其特征在于：所述施密特触发器包括第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管、第四场效应管、第五场效应管以及第六场效应管；所述第一场效应管的漏极分别与第二场效应管的源极和第三场效应管的源极连接，所述第二场效应管的漏极分别与第四场效应管的漏极和非门的输入端连接，所述第四场效应管的源极分别与第五场效应管的漏极和第六场效应管的源极连接，所述第六场效应管的栅极与第三场效应管的栅极连接；

所述第五场效应管的源极和第三场效应管的漏极均接电源电压，所述第一场效应管的源极和第六场效应管的漏极均接地，所述噪声放大器的输出端分别与第一场效应管的栅极、第二场效应管的栅极、第四场效应管的栅极以及第五场效应管的栅极连接。

4. 根据权利要求1或2所述一种适用于RFID阅读器的真随机数产生装置，其特征在于：还包括RFID阅读器的晶振，所述晶振的输出端与D触发器的时钟信号输入端连接。