DE102006031537B4

DE102006031537B4 - Zufallszahl-Erzeugungsvorrichtung und Verfahren zum Erzeugen einer Zufallszahl

Info

Publication number: DE102006031537B4
Application number: DE102006031537A
Authority: DE
Inventors: Shao-Chang Chang; Kai-Cheung Juang; Wen-Yuan Liu
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2005-12-27
Filing date: 2006-07-07
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2026-07-08
Also published as: DE102006031537A1; KR20070068990A; JP2007179524A; KR100841078B1

Abstract

Schaltung zur Erzeugung einer Zufallszahl, die umfasst:
eine Einrichtung (11; 51), die eine erste Spannung vorsehen kann,
einen Oszillator (12; 52), der ein Taktsignal (CLK) einschließlich einer Sequenz von Taktimpulsen mit einer zentralen Frequenz erzeugt,
eine Rücksetzschaltung (15; 55), die ein Rücksetzsignal (LS) erzeugen kann,
eine Anfangswert-Erzeugungseinrichtung (16; 56), die einen Anfangswert (INIV; INV) erzeugen kann, und
einen Zähler (17; 57), der die Anzahl der Taktimpulse ab dem Anfangswert (INIV; INV) in Reaktion auf das Taktsignal zählen kann und eine Zufallszahl (RN; SN) in Reaktion auf den Übergang des Rücksetzsignals erzeugt,
gekennzeichnet durch
eine Einrichtung (13; 53), die aus der ersten Spannung eine zweite Spannung erzeugen kann, und dadurch, dass
die Frequenz des Taktsignals (CLK) eine Toleranzabweichung von der zentralen Frequenz hat, so dass das Taktsignal (CLK) eine zu der zentralen Frequenz versetzte Frequenz aufweist, und
das Rücksetzsignal (LS) von einem...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Zufallszahl-Erzeugungsschaltung und insbesondere eine Schaltung zum Erzeugen einer Seed-Zahl sowie ein Verfahren zum Erzeugen der Seed-Zahl.
Ein Zufallszahl-Erzeugungsvorrichtung ist eine berechnende oder physikalische Vorrichtung zum Erzeugen einer Abfolge von Zahlen in einem Muster, das nicht einfach nachvollziehbar ist, sodass die Abfolge als zufällig betrachtet werden kann.
Zufallszahl-Erzeugungsvorrichtungen lassen sich allgemein in Pseudo-Zufallszahl-Erzeugungsvorrichtungen und Hardware-Zufallszahl-Erzeugungsvorrichtungen einteilen. Eine Pseudo-Zufallszahl-Erzeugungsvorrichtung umfasst häufig Softwareroutinen zur Implementierung von Algorithmen anstelle von Hardwarevorrichtungen zum Erzeugen von Zufallszahlen, die keine wirklich zufälligen Ausgaben vorsehen. Auf der Basis des Ausgangszustands (Seed-Zustands) einer Pseudo-Zufallszahl-Erzeugungsvorrichtung und auf der Basis der Implementierung des durch die Erzeugungsvorrichtung verwendeten Algorithmus sind die durch die Pseudo-Zufallszahl-Erzeugungsvorrichtung erzeugten zufälligen Ausgaben voraussagbar und damit nicht wirklich zufällig. Wenn mit anderen Worten zwei Zufallszahl- Erzeugungsvorrichtungen mit demselben Algorithmus arbeiten und denselben Seed-Wert erhalten, erzeugen beide Erzeugungsvorrichtungen dieselbe Abfolge von Zahlen. Dagegen umfasst eine Hardware-Zufallszahl-Erzeugungsvorrichtung eine Vorrichtung zum Erzeugen von Zufallsdaten mithilfe eines physikalischen Prozesses, der theoretisch nicht voraussagbar ist. In der Hardware-Zufallszahl-Erzeugungsvorrichtung ist der Seed-Wert, der eine zu erzeugende Abfolge von Zahlen bestimmt, allgemein zufällig.
Ein Zufallszahlengenerator zur Erzeugung gleich verteilter Zufallszahlen ist aus Druckschrift US 2002/0159590 A1 bekannt. Der Zufallszahlengenerator umfasst einen Taktgenerator, einen Zufallsimpulsgenerator, einen Zähler und einen Verwürfler. Der Zähler zählt die Anzahl von Taktimpulsen während eines Intervalls zwischen zwei aufeinanderfolgenden, vom Zufallsimpulsgenerator erzeugten, Zufallsimpulsen. Der Zufallsimpulsgenerator gibt Zufallsimpulse basierend auf einer thermischen Spannung aus. Die thermische Spannung basiert auf Brownscher Bewegung, und ein Impuls wird ausgegeben, wenn die Spannung nach Verstärkung eine Schwellspannung erreicht. Der Verwürfler ist in eine Rückkopplungsschleife eingebaut, um den Zähler auf der Basis eines vom Zähler ausgegebenen Zufallszahlencodes mit einem Anfangswert zu versorgen.
Eine ähnliche Schaltung ist auch aus Druckschrift US 2003/0050943 A1 bekannt. Die Schaltung umfasst zusätzlich eine Steuereinrichtung, die solche Impulse aus der Impulsfolge ausschließt, die während eines kurzen Zeitintervalls nach der Initialisierung des Zählvorgangs erzeugt werden. Solche Impulse werden als ungültig angesehen, da sie höchstwahrscheinlich aufgrund von Rauscheffekten im Zufallszahlgenerator entstehen.
Druckschrift US 2004/0145216 A1 beschreibt die Anwendung eine Zufallszahlengenerators im Rahmen der RFID-Technologie.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Erzeugen einer Zufallszahl bereitzustellen, die insbesondere als Seed-Wert für die Erzeugung einer Abfolge von zufälligen Zahlen geeignet ist.
Dies wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Es ist zu beachten, dass die vorstehende allgemeine Beschreibung und die folgende ausführliche Beschreibung beispielhaft sind, wobei die beanspruchte Erfindung nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt ist.
Die vorstehende Zusammenfassung und die folgende ausführliche Beschreibung der Erfindung werden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht. Um die Erfindung zu veranschaulichen, sind in den Zeichnungen verschiedene Beispiele gemäß der Erfindung gezeigt. Es ist jedoch zu beachten, dass die Erfindung nicht auf die gezeigten Anordnungen und Einrichtungen beschränkt ist.
1A ist ein Blockdiagramm einer Zufallszahl-Erzeugungsvorrichtung gemäß einem Beispiel der Erfindung.
1B ist ein Schaltungsdiagramm einer Einheit einer Anfangszahl-Erzeugungseinrichtung von 1A zum Erzeugen eines Zufalls-Bitwerts.
1C ist ein schematisches Zeitdiagramm für den Zufallszahl-Erzeuger in 1A.
2 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erzeugen einer Zufallszahl gemäß einem Beispiel der Erfindung.
3A ist ein schematisches Blockdiagramm einer Hochfrequenzidentifikation („RFID")-Einrichtung gemäß einem Beispiel der Erfindung.
3B ist ein Blockdiagramm einer Seed-Zahl-Erzeugungsvorrichtung in der RFID-Einrichtung von 3A.
Im Folgenden wird auf bestimmte Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, die in den beigefügten Zeichnungen gezeigt sind. Soweit möglich werden in allen Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen verwendet, um auf identische oder ähnliche Teile zu verweisen.
1A ist ein Blockdiagramm einer Zufallszahl-Erzeugungsvorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 1A gezeigt, umfasst die Zufallszahl-Erzeugungsvorrichtung 10 eine Stromversorgung 11, einen Oszillator 12, eine Ladungspumpe 13, einen Regler 14, eine Rücksetzschaltung 15, eine Anfangswert-Erzeugungseinrichtung 16 und einen Zähler 17. Die Stromversortung 11, die etwa eine Batterie ist, führt eine Spannung zu, die ausreicht, um eine Oszillation des Oszillators 12 zu veranlassen. Sobald der Oszillator 12 oszilliert, erzeugt er ein Taktsignal für die Ladungspumpe 13 und den Zähler 17. In einem Beispiel ist der Oszillator 12 einen Ring-Oszillator, der ein Taktsignal mit einer zentralen Frequenz von ungefähr 10 Megahertz (MHz) erzeugt. Im Vergleich zu anderen Oszillatoren ist der Ring-Oszillator weniger präzise und kann eine relativ hohe Toleranz von bis zu ungefähr 10% in der Taktfrequenz aufweisen, was einen Frequenzversatz von 0,1 MHz gegenüber der zentralen Frequenz zur Folge hat. Eine derartig hohe Toleranz hilft dabei, die Zufälligkeit der erzeugten Zufallszahlen sicherzustellen.
Die Ladungspumpe 13 kann zum Beispiel ein herkömmlich geschalteter Kondensator mit einem mehrstufigen Aufbau sein, der eine Vielzahl von Kondensatoren (nicht gezeigt) und Schaltern umfasst, die unter Takten mit umgekehrten Phasen gesteuert werden. Insbesondere addiert die Ladungspumpe 13 Spannungen auf Kondensatoren, die durch die Versorgungsspannung aus der Stromversorgung 11 geladen werden, in Reaktion auf das Taktsignal von dem Oszillator 12. Die Ladungspumpe 13 gibt eine Ausgangsspannung aus, die ein ganzzahliges Vielfaches der Versorgungsspannung ist. Der Regler 14 regelt die Ausgangsspannung von der Ladungspumpe in Bezug auf einen vorbestimmten Spannungspegel. In einem Beispiel wird eine geregelte Ladungspumpe verwendet, um die Ladungspumpe 13 und den Regler 14 zu ersetzen. Die geregelte Ladungspumpe umfasst zum Beispiel ein Spannungsmultiplikationsmodul, um die Versorgungsspannung aus der Stromversorgung 11 nach oben zu ziehen, und ein Reglermodul, um dann die Ausgangsspannung aus dem Spannungsmultiplikationsmodul in Bezug auf den vorbestimmten Spannungspegel aufrechtzuerhalten.
Die Rücksetzschaltung 15 gibt ein Rücksetzsignal an den Zähler 17 aus. In einem Beispiel wird das Rücksetzsignal auf einem logisch niedrigen Zustand gehalten, wenn die geregelte Spannung aus dem Regler 14 den vorbestimmten Spannungspegel nicht erreicht, und geht zu einem logisch hohen Zustand über, sobald die geregelte Spannung den vorbestimmten Spannungspegel erreicht. Der Übergang des Rücksetzsignals „sperrt" den Zähler 17. Das heißt, dass der Zähler 17 in Reaktion auf den Übergang des Rücksetzsignals von dem logisch niedrigen Zustand zu dem logisch hohen Zustand eine Zählung vorsieht, die ab dem Zeitpunkt gezählt wurde, zu dem das Taktsignal zu dem Zähler 17 gegeben wurde. In einigen Beispielen muss der Zähler 17 keine Zählung vorsehen, bis das Rücksetzsignal von einem logisch hohen Zustand zu einem logisch niedrigen Zustand übergeht. Weil der Zeitpunkt, zu dem die geregelte Spannung den vorbestimmten Spannungspegel erreicht, nicht gewiss ist, wird der Zähler 17 gesperrt, sodass auch die vorgesehene Zählung nicht gewiss ist. Die Zählung dient als Zufallszahl (RN) der Zufallszahl-Erzeugungsvorrichtung 10, die als Anfangwert verwendet werden kann, d.h. als Seed-Zahl für eine Pseudo-Zufallszahl-Erzeugungsvorrichtung. In einem Beispiel weist die Zufallszahl RN eine 16-Bit-Bandbreite auf, wobei es sich um eine 16-Bit-Zufallszahl-Erzeugungsvorrichtung 10 handelt.
Die Anfangszahl-Erzeugungseinrichtung 16 gibt einen Anfangswert an den Zähler 17 aus, ab dem die Zufallszahl RN gezählt wird. Der Anfangswert wird im wesentlichen gleichzeitig mit dem Taktsignal zu dem Zähler 17 gegeben. In einem Beispiel weist der Anfangswert eine 16-Bit-Bandbreite auf, was eine 16-Bit-Zufallszahl-Erzeugungsvorrichtung 10 zur Folge hat. Daraus resultiert, dass die Zählung bzw. die Zufallszahl RN aus dem Zähler 17 von dem Frequenzversatz (F_OFFSET) des Oszillators 12 und/oder der Übergangszeit (T_RESET) der Rücksetzschaltung 15 und/oder dem Anfangswert (INIV) der Anfangswert-Erzeugungseinrichtung 16 abhängig ist, wie aus der folgenden mathematischen Funktion hervorgeht. RN = f (FOFFSET, TRESET, INIV)
Weiterhin ist die Zufallszahl RN indirekt von der Ladungseffizienz der Ladungspumpe 13, dem vorbestimmten gewählten Spannungspegel und den Prozessparametern oder Bedingungen in Bezug auf die Herstellung der Anfangswert-Erzeugungseinrichtung 16 abhängig. Deshalb kann die Zufallszahl RN nicht vorausgesagt werden.
1B ist ein Schaltungsdiagramm einer Einheit 16-1 der Anfangswert-Erzeugungseinrichtung 16 in 1A zum Erzeugen eines zufälligen Bitwerts. Wie in 1B gezeigt, umfasst die Einheit 16-1 einen Kondensator C, einen p-Typ-Metalloxidhalbleiter („PMOS")-Transistor P und einen n-Typ-Metalloxidhalbleiter („NMOS")-Transistor N. Der Kondensator C umfasst ein Ende (nicht nummeriert), das mit einem Spannungsbezug verbunden ist, und ein anderes Ende (nicht nummeriert), das mit den Gates des PMOS- und des NMOS-Transistors verbunden ist. Der PMOS-Transistor P umfasst eine Source, die mit einer Stromversorgung DC verbunden ist, und ein Drain, an dem eine Ausgangsspannung V_OUT der Einheit 16-1 vorgesehen wird. Der NMOS-Transistor N umfasst ein Drain, das mit dem Drain des PMOS-Transistors P verbunden ist, und eine Source, die mit dem Spannungsbezug verbunden ist. Ein Spannungspegel V_c an den Gates ist von der Temperatur des Kondensators C, den Verarbeitungsparametern bei der Herstellung der Einheit 16-1 oder der Restladung in dem Kondensator C abhängig. Der Wert von V_c ist deshalb nicht voraussagbar. Wenn V_c ausreichend negativ ist, um den PMOS-Transistor P einzuschalten, wird die Ausgangsspannung V_OUT auf ungefähr den Spannungspegel der Stromversorgung DC hochgezogen, sodass die Einheit 16-1 einen logisch hohen Wert, d.h. eine logische 1, ausgibt. Wenn V_c ausreichend positiv ist, um den NMOS-Transistor N einzuschalten, wird die Ausgangsspannung V_OUT zu dem Spannungsbezug gezogen, sodass die Einheit 16-1 einen logisch niedrigen Wert, d.h. eine logische 0, ausgibt. Bei dem Beispiel einer 16-Bit-Anfangswert-Erzeugungseinrichtung sind insgesamt sechzehn (16) Einheiten wie die Einheit 16-1 erforderlich. Jede der sechzehn Einheiten trägt einen Bitwert für den resultierenden Anfangswert bei. Weil sich die Kondensatorbedingung an jeder Einheit unterscheidet, ist der Anfangswert aus der Anfangswert-Erzeugungseinrichtung 16 nicht voraussagbar und damit zufällig.
1C ist ein schematisches Zeitdiagramm für die Zufallszahl-Erzeugungseinrichtung 10 von 1A. Wie in 1C gezeigt, oszilliert der Oszillator 12 nicht bis zu dem Zeitpunkt t₀ und gibt das Taktsignal einschließlich einer Sequenz von Taktimpulsen zum Zeitpunkt t₀ aus. Die Anfangswert-Erzeugungseinrichtung 16 gibt einen zufälligen Anfangswert K zu im wesentlichen demselben Zeitpunkt t₀ aus, weil die Anzahl der Taktimpulse ab dem Anfangswert K gezählt wird. Das Zählen wird fortgesetzt, bis ein Übergang des Rücksetzsignals zum Zeitpunkt t_N+1 auftritt. Der Zähler 17 zählt (K+N) zum Zeitpunkt t_N+1, wobei N die bisher gezählte Anzahl der Taktimpulse ist. Der Wert (K+N) dient als Zufallszahl und wird dann durch die Zufallszahl-Erzeugungsvorrichtung 10 ausgegeben.
In einigen Beispielen kann der Oszillator 12 ein Kristall-Oszillator sein, der eine relativ geringe Toleranz ermöglicht, sodass die Auswirkung des Frequenzversatzes auf die resultierende Zufallszahl RN vernachlässigt werden kann. Zum Beispiel kann der Oszillator 12 das Taktsignal mit einer präzisen Frequenz von 10 MHz vorsehen. Die Zufallszahl RN in dem vorliegenden Beispiel wird durch die folgende Funktion ausgedrückt.
In einigen Beispielen kann die Zeitperiode zum Rücksetzen des Zählers 17 eine Konstante sein, unabhängig davon, ob die Ausgangsspannung des Reglers 14 gleich dem vorbestimmten Spannungspegel ist. Zum Beispiel wird der Zahler 17 ein Mal pro Sekunde zurückgesetzt. Die Zufallszahl RN in dem vorliegenden Beispiel wird durch die folgende Funktion ausgedrückt.
In einem Beispiel kann der Anfangswert ein vorbestimmter Wert wie zum Beispiel ein Voll-Null- oder Voll-Eins-Wert sein, sodass die Auswirkung der Zufälligkeit in jedem der Bits auf die resultierende Zufallszahl RN beseitigt wird. Die Zufallszahl RN in dem vorliegenden Beispiel wird durch die folgende Funktion ausgedrückt. RN = p (FOFFSET, TRESET, INIV)
2 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erzeugen einer Zufallszahl gemäß einem Beispiel der Erfindung. Wie in 2 gezeigt, wird in Schritt 21 eine Versorgungsspannung zugeführt. Die Versorgungsspannung kann eine Gleichspannung von einer Stromversorgung wir etwa einer Batterie oder eine gleichgerichtete Spannung aus einem Spannungsgleichrichter sein, der eine eingehende Wechselspannung gleichrichtet. In Schritt 22 wird ein Taktsignal einschließlich einer Sequenz von Taktimpulsen durch zum Beispiel einen Oszillator erzeugt, der in Reaktion auf eine Versorgungsspannung oszilliert. Dann wird in Schritt 23 ein Anfangswert vorgesehen. Die Anzahl der Taktimpulse wird in Schritt 24 ab dem Anfangswert gezählt. Eine Ausgangsspannung, die ein ganzzahliges Vielfaches der Versorgungsspannung ist, wird in Schritt 25 durch zum Beispiel eine Ladungspumpenschaltung erzeugt. Die Ausgangsspannung wird in Schritt 26 mit einem vorbestimmten Spannungspegel verglichen, um zu bestimmen, ob die Ausgangsspannung den vorbestimmten Spannungspegel erreicht. Wenn dies der Fall ist, wird in Schritt 27 eine Zählung ausgegeben. Die Zählung ist von einem Frequenzversatz gegenüber einer zentralen Frequenz des Taktsignals und/oder dem Zeitpunkt, zu dem die Ausgangsspannung den vorbestimmten Spannungspegel erreicht, und/oder dem Anfangswert abhängig.
3A ist ein schematisches Blockdiagramm einer Hochfrequenzidentifikation („RFID")-Einrichtung 30 gemäß einem Beispiel der Erfindung. Wie in 3A gezeigt, umfasst die RFID-Einrichtung 30, die auch als RFID-Tag oder Transponder bezeichnet werden kann, ein analoges Modul 31, ein digitales Modul 32 und einen Speicher 33. Das analoge Modul 31 empfängt ein Trägersignal aus einer Leseeinrichtung 40 über eine Antenne 34 wie etwa eine Spulenantenne und demoduliert das Trägersignal, um einen in dem Trägersignal enthaltenen Befehl zu erhalten. Der Befehl fordert allgemein an, dass die RFID-Einrichtung 30 mit einer Identifikationsinformation („ID- Information") antwortet, die dem EPC („Electronic Product Code")-Standard entspricht. Die ID-Information wird in dem Speicher 33 gespeichert und kann den Produktnamen und den Produktpreis enthalten. Der Befehl wird durch das digitale Modul 32 decodiert, bevor er zu dem Speicher 33 gesendet wird.
Die durch den Speicher 33 in Reaktion auf den decodierten Befehl vorgesehene ID-Information wird in dem digitalen Modul 32 codiert, in dem analogen Modul 31 moduliert und dann über die Antenne 34 zu der Lesevorrichtung 40 übertragen.
In der RFID-Branche ist bekannt, dass der Verkehr zwischen einer RFID-Einrichtung und einer Leseeinrichtung unter einer als „Tag-Kollision" bezeichneten Erscheinung leiden kann, die auftreten kann, wenn mehrere RFID-Tags im wesentlichen gleichzeitig mit einer Leseeinrichtung kommunizieren. Eine Lösung für dieses Problem besteht darin, eine Zufallszahl-Erzeugungsvorrichtung in der RFID-Einrichtung vorzusehen, um eine Zufallszahl zu erzeugen. Indem zwischen den durch die mehreren RFID-Einrichtungen ausgegebenen Zufallszahlen unterschieden wird, kann die Leseeinrichtung eine spezifische I-Information mit einer spezifischen Zufallszahl in einem spezifischen Zeitschlitz abgleichen. Wie oben bemerkt, kann eine herkömmliche Zufallszahl-Erzeugungsvorrichtung wie etwa eine Pseudo-Zufallszahl-Erzeugungsvorrichtung jedoch häufig eine Zahl vorsehen, die voraussagbar und damit nicht wirklich zufällig ist. Folglich kann die Tag-Kollision nicht behoben werden.
Wie weiterhin in 3A gezeigt, kann die RFID-Einrichtung 30 in einem Beispiel weiterhin eine Seed-Zahl-Erzeugungsvorrichtung 50 in dem analogen Modul 31 und eine Zufallszahl-Erzeugungsvorrichtung 32-1 in dem digitalen Modul 32 umfassen. Die Seed-Zahl-Erzeugungsvorrichtung 50 erzeugt eine Seed-Zahl (SN), die eine nicht voraussagbare Zufallszahl ist und als anfänglicher Seed-Wert für die Zufallszahl-Erzeugungsvorrichtung 32-1 dient. Die Zufallszahl-Erzeugungsvorrichtung 32-1, die eine Pseudo-Zufallszahl-Erzeugungsvorrichtung sein kann, erzeugt eine Zufallszahl auf der Basis des Seed-Zahl. Weil die Seed-Zahl nicht voraussagbar ist, ist auch die durch die Zufallszahl-Erzeugungsvorrichtung 32-1 erzeugte Zufallszahl nicht voraussagbar.
3B ist ein Blockdiagramm der Seed-Zahl-Erzeugungsvorrichtung 50 der RFID-Einrichtung 30 von 3A. Wie in 3B gezeigt, weist die Seed-Zahl-Erzeugungsvorrichtung 50 einen ähnlichen Aufbau wie die Zufallszahl-Erzeugungsvorrichtung 10 von 1A auf, wobei jedoch ein Gleichrichter 51 anstelle der Stromversorgung 11 verwendet wird. Der Gleichrichter 51 empfängt das Trägersignal aus der Leseeinrichtung 40 und erhält eine Gleichspannung, indem er das Trägersignal gleichrichtet. Die Gleichspannung wird dann zu einem Oszillator 52 und zu einer Ladungspumpe 53 zugeführt. Sobald der Oszillator 52 oszilliert, gibt er ein Taktsignal einschließlich einer Sequenz von Taktimpulsen zu der Ladungspumpe 53 und einem Zähler 57 aus. Das Taktsignal weist einen Frequenzversatz gegenüber einer zentralen Frequenz des Oszillators 52 auf. In Reaktion auf das Taktsignal gibt die Ladungspumpe 53 eine Ausgangsspannung aus, die ein ganzzahliges Vielfaches der Gleichspannung ist. Die Ausgangsspannung wird durch einen Regler 54 in Bezug auf einen vorbestimmten Spannungspegel geregelt. Eine Rücksetzschaltung 55 sperrt den Zähler 57, sobald die Ausgangsspannung den vorbestimmten Spannungspegel erreicht. Eine Anfangswert-Erzeugungseinrichtung 56 sieht einen Anfangswert für den Zähler 57 im wesentlichen zu demselben Zeitpunkt vor, zu dem das Signal zu dem Zähler 57 gegeben wird. Die durch den Zähler 57 erzeugte Seed-Zahl SN hängt von dem Frequenzversatz und/oder der Sperrzeit und/oder dem Anfangswert ab.
Die RFID-Einrichtung 30 umfasst weiterhin eine Demodulationsschaltung 58, die elektrisch mit dem Gleichrichter 51 und dem Regler 54 verbunden ist, um den Befehl (CMD) auszugeben. Die Seed-Zahl SN und der Befehl CMD werden zu dem in 3A gezeigten digitalen Modul 32 gesendet.
Dem Fachmann sollte deutlich sein, dass Änderungen an einem oder mehreren der oben beschriebenen Beispiele vorgenommen werden können, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird. Es ist jedoch zu beachten, dass die Erfindung nicht auf die hier beschriebenen Beispiele beschränkt ist. Der Erfindungsumfang wird durch die beigefügten Ansprüche definiert.
Bei der Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird das Verfahren der vorliegenden Erfindung als eine bestimmte Abfolge von Schritten beschrieben. Das Verfahren ist jedoch nicht unbedingt auf die hier beschriebene Abfolge von Schritten beschränkt, wobei unter Umständen auch eine andere Abfolge von Schritten verwendet werden kann. Außerdem ist die Erfindung in der Ausführung der Schritte nicht auf die in den Ansprüchen genannte Reihenfolge beschränkt, wobei dem Fachmann deutlich sein sollte, dass die Abfolge variiert werden kann, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird.

Claims

Schaltung zur Erzeugung einer Zufallszahl, die umfasst: eine Einrichtung (11; 51), die eine erste Spannung vorsehen kann, einen Oszillator (12; 52), der ein Taktsignal (CLK) einschließlich einer Sequenz von Taktimpulsen mit einer zentralen Frequenz erzeugt, eine Rücksetzschaltung (15; 55), die ein Rücksetzsignal (LS) erzeugen kann, eine Anfangswert-Erzeugungseinrichtung (16; 56), die einen Anfangswert (INIV; INV) erzeugen kann, und einen Zähler (17; 57), der die Anzahl der Taktimpulse ab dem Anfangswert (INIV; INV) in Reaktion auf das Taktsignal zählen kann und eine Zufallszahl (RN; SN) in Reaktion auf den Übergang des Rücksetzsignals erzeugt, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (13; 53), die aus der ersten Spannung eine zweite Spannung erzeugen kann, und dadurch, dass die Frequenz des Taktsignals (CLK) eine Toleranzabweichung von der zentralen Frequenz hat, so dass das Taktsignal (CLK) eine zu der zentralen Frequenz versetzte Frequenz aufweist, und das Rücksetzsignal (LS) von einem ersten Zustand zu einem zweiten Zustand übergeht, sobald die zweite Spannung einen vorbestimmten Spannungspegel erreicht.
Schaltung nach Anspruch 1, wobei der Oszillator (12; 52) ein Ring-Oszillator oder ein Kristall-Oszillator ist.
Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Einrichtung, die die zweite Spannung erzeugen kann, ein Spannungswandler ist.
Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Einrichtung, die die zweite Spannung erzeugen kann, eine Ladungspumpe (13; 53) ist.
Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Zufallszahl (RN; SN) von der Frequenz des Taktsignals (CLK), dem Zeitpunkt des Übergangs des Rücksetzsignals (LS) und dem Anfangswert (INIV; INV) abhängig ist.
Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Einrichtung zum Vorsehen der ersten Spannung eine Batterie oder ein Gleichrichter (51) ist.
Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Oszillator (12; 52) das Taktsignal (CLK) mit zufälligem Frequenzversatz gegenüber der zentralen Frequenz erzeugt.
Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Rücksetzsignal (LS) mit einer im wesentlichen konstanten Periode von dem ersten Zustand zu dem zweiten Zustand übergeht.
Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Anfangswert (INIV; INV) ein nicht voraussagbarer Wert ist.
Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Anfangswert-Erzeugungseinrichtung (16; 56) eine Vielzahl von Einheiten (16-1) umfasst, wobei jede aus der Vielzahl von Einheiten (16-1) weiterhin einen Kondensator (C), einen p-Typ-Transistor (P) und einen n-Typ-Transistor (N) umfasst.
Schaltung nach Anspruch 10, wobei jede aus der Vielzahl von Einheiten (16-1) eines aus der Vielzahl von Bits des Anfangswerts (INIV; INV) beiträgt.
Schaltung, die umfasst: eine erste Zufallszahl-Erzeugungsvorrichtung (50), die eine erste Zufallszahl (SN) erzeugen kann und eine Schaltung zur Erzeugung einer Zufallszahl nach einem der Ansprüche 1 bis 11 umfasst; und eine zweite Zufallszahl-Erzeugungsvorrichtung (32), die die erste Zufallszahl (SN) empfängt und eine zweite Zufallszahl unter Verwendung der ersten Zufallszahl (SN) als Seed-Zahl erzeugen kann.
Schaltung nach Anspruch 12, wobei die Einrichtung, die eine erste Spannung vorsehen kann, ein Gleichrichter (51) ist, der ein Trägersignal empfängt.
Schaltung nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Zähler (57) bei Energiezufuhr beginnt, und bei Eintreffen des Rücksetzsignals (LS) anhält und die Zufallszahl (SN) erfasst.
Verfahren zum Erzeugen einer Zufallszahl (RN; SN), das folgende Schritte umfasst: Vorsehen (21) einer ersten Spannung, Erzeugen (22) eines Taktsignals (CLK) einschließlich einer Sequenz von Taktimpulsen, Erzeugen (25) einer zweiten Spannung, die aus der ersten Spannung umgewandelt wird, Erzeugen eines Rücksetzsignals (LS) mit einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand, Überführen des Rücksetzsignals (LS) von dem ersten oder zweiten Zustand zu dem jeweils anderen Zustand, sobald die zweite Spannung einen vorbestimmten Spannungspegel erreicht (26: JA), Erzeugen (23) eines Anfangswerts (INIV; INV), Zählen (24) der Anzahl von Taktimpulsen ab dem Anfangswert (INIV; INV) in Reaktion auf das Taktsignal (CLK), und Erzeugen (27) der Zufallszahl (RN; SN) in Reaktion auf den Übergang des Rücksetzsignals (LS).
Verfahren nach Anspruch 15, das weiterhin einen Schritt (23) zum Erzeugen eines Anfangswerts (INIV; INV) einschließlich einer Vielzahl von Bits umfasst, wobei jedes aus der Vielzahl von Bits einen jeweils von den anderen Bits unabhängigen Bitwert aufweist.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, das weiterhin einen Schritt (21) zum Vorsehen der ersten Spannung aus einer Gleichstrombatterie (DC) oder durch das Gleichrichten eines Trägersignals umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, das weiterhin einen Schritt zum Überführen des Rücksetzsignals (LS) mit einer im wesentlichen konstanten Periode umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, das weiterhin das Erzeugen (23) eines Anfangswerts (INIV; INV) mit einem nicht voraussagbaren Wert umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, das weiterhin den Schritt umfasst: Erzeugen einer zweiten Zufallszahl unter Verwendung der ersten Zufallszahl als Seed-Zahl (SN).
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, das weiterhin einen Schritt zum Zurücksetzen eines Zählprozesses in Reaktion auf den Übergang umfasst.