高速小型化光量子随机数发生器

利用超辐射发光二极管的放大自发辐射噪声作为量子随机熵源,设计并实现了一种高速小型化光量子随机数发生器(QRNG)。为减小经典噪声及不完美器件对随机性带来的影响,基于对量子熵源的最小熵估计,在现场可编程门阵列中,对每次采集序列的相邻比特位进行异或操作,并截取低12位作为最终随机序列。该QRNG的随机数的实时产生速率达1.4Gb/s,可实时传输至上位机用户端,且能长时间稳定工作,具备实用化潜力。     

一种基于混沌的随机数发生器设计及其IC实现

在密码学、仿真学以及集成电路测试等许多领域 ,随机数起着重要的作用。在密码学中 ,通常要求所使用的随机数具有不可预测性。基于混沌现象 ,使用开关电容技术 ,用集成电路实现了一种硬件随机数发生器。测试结果表明 ,其产生的序列具有不可预测性 ,可以满足密码学的应用要求。     

基于FPGA的随机数性能检测设计

为了满足对随机数性能有一定要求的系统能够实时检测随机数性能的需求,提出了一种基于FPGA的随机数性能检测设计方案。根据NIST的测试标准,采用基于统计的方法,在FPGA内部实现了对随机序列的频率测试、游程测试、最大游程测试、离散傅里叶变换测试和二元矩阵秩测试。与现在常用的随机数性能测试软件相比,该设计方案,能灵活嵌入到需要使用随机数的系统中,实现对随机性能的实时检测。实际应用表明,该设计具有使用灵活、测试准确、实时输出结果的特点,达到了设计要求。     

一种基于锁相环的真随机数发生器

对高质量随机数的要求与日俱增,导致了真随机数发生器受到广泛关注;系统芯片技术的出现和发展,提出了实现片上随机数发生器的需要;鉴于这两个现实状况,该文提出了一种基于锁相环噪声源的随机数发生器实现方法.实验结果表明该方法具有真随机性,易于实现和系统集成.     

量子保密通信标准体系建设

量子保密通信具有很高的军事价值和商业价值,得到各国政府及相关研究机构的广泛关注,已从科学研究逐渐走向规模化应用.量子保密通信产业链逐渐完善,量子密钥分发设备、单光子探测器、量子随机数发生器等成为产业链发展的关键环节,直接关系着规模化的量子保密通信网络部署和应用.介绍了量子保密通信产业化进展和标准化组织与标准进展,提出了...     

基于振荡器的真随机数发生器的研究

以基于振荡器的真随机数发生器为研究对象,理论分析了影响随机数发生器输出随机性的关键因素.对影响随机性的因素给出不同的参数选取,并使用Matlab软件对各种条件下输出序列的0/1概率差进行了计算,分别验证了采样时刻、高频占空比等因素对真随机数发生器输出的影响,给出了能够提高基于振荡器采样的真随机数发生器随机性的具体方法.所得的结论对设计一个具体的基于振荡器的真随机数发生器具有明确的指导意义.     

随机数发生器检测与设计

随机数常作为密钥、初始化向量或密码协议中的时变参数,在密码应用中起到非常重要的作用。根据密码应用对随机性的要求,随机数生成器的输出序列必须满足随机性和不可预测性要求。文中分析了随机数生成器和伪随机数生成器两种生成器模型,给出了常用的随机性检测方法,以及可能的安全攻击方法,最后提出了一种随机性检测新方法。该方法基于输出样本的每比特的信息熵估计,可用于随机数发生器设计过程中的随机性评估。     

一种无记忆的真随机数发生器

基于传统的振荡采样电路,设计了一种无记忆的真随机数发生器,从理论上保证了输出是相互独立的.采用弹性函数作为后处理,以较小的硬件代价改善了随机数的统计性能.用纯数字电路在FPGA平台上实现,并验证了该真随机数发生器的性能.测试结果表明该真随机数发生器具有较高的数据输出率和良好的统计特性,适合应用于密码系统中.     

可逆线性同余随机数发生器

随机数的恢复是仿真系统实现时间回溯能力的关键问题之一,仿真系统通常包含大量随机数,为了恢复之前任意时刻的系统状态,就必须对随机数的状态演化进行跟踪和记录,这种跟踪和记录工作需要极大的时间和空间代价。为解决仿真系统中的随机数恢复问题,基于可逆计算的思想,提出一种可逆线性同余随机数发生器,并分别通过反函数、通项公式、逆分布函数实现该随机数发生器,使其既可正向生成任意分布的随机数列,又可反向恢复之前的随机数。实验结果表明该可逆随机数发生器在总的时空性能上较目前通用的Checkpointing实现方式优越。     

混沌随机数发生器的设计

为了使由模拟电路实现的混沌随机数发生器可以在标准数字CMOS工艺上实现,设计了一类基于MOS电容的混沌随机数发生器,可以作为一个通用IP,用于SOC的设计.当电路工作时,用于电容设计的MOS管的栅极与衬底之间形成耗尽层,利用串联补偿方法提高电容的线性度.所设计的混沌随机数发生器已经在TSMC的0.25μm、标准的数字n阱COMS工艺进行流片,对芯片的测试工作也已完成,测试结果显示,生成的随机数具有良好的随机性能.     

基于光电倍增管单光子脉冲幅度分布的多比特光量子随机源

提出并验证了一种基于光电倍增管单光子脉冲高 度分布的多比特光量子随机源。将紫外LED发出 的光衰减成离散的单光子序列,光电倍增管探测到的单光子后,输出脉冲幅度随机分布的单 光子脉冲,通 过数字化单光子脉冲的峰值作为熵源来提取随机数,实现了一个单光子事件产生多个随机比 特位。为减小 所提取原始随机数存在的偏差,提出并实现了基于FPGA的SHA-256后 处理方法。光量子随机源工作在 500kc/s时,平均每个探测光子可提取7bit随机位,获得了3.5Mbit/s的随机位产生速率。运用随机性 测试程序ENT和STS对所获的随机位序列进行测试,测试结果表明,序列的随机性满足真随机 数的标准。     

Efficient hardware implementation and analysis of true random‐number generator based on beta source

This paper presents an efficient hardware random‐number generator based on a beta source. The proposed generator counts the values of “0” and “1” and provides a method to distinguish between pseudo‐random and true random numbers by comparing them using simple cumulative operations. The random‐number generator produces labeled data indicating whether the count value is a pseudo‐ or true random number according to its bit value based on the generated labeling data. The proposed method is verified using a system based on Verilog RTL coding and LabVIEW for hardware implementation. The generated random numbers were tested according to the NIST SP 800‐22 and SP 800‐90B standards, and they satisfied the test items specified in the standard. Furthermore, the hardware is efficient and can be used for security, artificial intelligence, and Internet of Things applications in real time.     

面向混沌激光熵源的安全随机数提取

基于混沌激光的随机数发生器可以实现大量高速的真随机数产生。然而,受随机数产生过程中引入的额外技术噪声影响,原始随机数无法提供真随机性。为了从信息论的角度实现安全随机数的产生,必须定量评估熵源产生的随机性。本文中通过实验搭建基于混沌激光的随机数产生装置,使用条件最小熵评估原始随机数中可提取的真随机性。同时,通过更换不同的器件讨论关键参数对原始随机性的影响。在原始随机数的后处理提取过程中使用信息论可证安全的Toeplitz提取器,最终实现了安全随机数的产生。     

Generation of random bits with accurate and reproducible statistical properties

The generation of "accurate" random bits is the key problem of the techniques which use random numbers. First the author establishes the accuracy requirements of a random bit generator for serial and parallel number generation. Then known methods are shown to be unsatisfactory for accurate applications. An accurate bit generator is proposed which provides a binary variable with equiprobable values within a 10^-4to 10^-5accuracy range.     

一种基于熵源分离模型的可重构安全原语

在信息爆炸时代,信息的安全问题受到了广泛关注。在物联网设备的加密协议中,物理不可克隆函数(PUF)与真随机数发生器成为加密协议中基本的安全原语,提供了轻量级的解决方案。文章提出了一种熵源分离模型,能够分离环形振荡器中抖动(真随机数发生器的熵)和工艺偏差(PUF熵)引起的延时。基于该模型,在FPGA上设计了一种可重构的双工作模式电路,通过改变模式可分别生成PUF和真随机数。相较于FPGA上独立设计的PUF和真随机数发生器,该结构具有资源开销小、面积利用率高、功耗低等优势。实验结果表明,生成的PUF稳定性高、唯一性强、均匀性好;真随机数序列均通过了NIST测试,具有高随机性和不可预测性。     

基于MIC的CLCG4并行化设计与实现

CLCG4是线性同余随机数发生器中的一种,因其周期长且随机性好被广为应用,但其缺点是产生随机数速度较慢的问题。针对这一问题文中通过CLCG4串行算法,设计实现了其并行化的方法,并对结果进行对比测试,使其速度得到了明显的提升。实验结果显示,并行化后的CLCG4相对于原CLCG4发生器,在MIC平台下的最高加速比达到6.82。     

基于FPGA的高速高斯随机数发生器

设计了一个基于FPGA的高速、高性能的高斯随机数发生器。首先简要介绍了以前的一些算法并指出其不足之处。然后阐明了本文的算法：对均匀随机数进行高效的变换以生成非常接近高斯分布的随机数,再依据中心极限定理把两个上述随机数相加得到高斯随机数。算法所需的运算只有RAM的读操作与乘法、加法运算。分析了算法的性能并与其他算法做了对比,证明了本文算法的高效性。最后给出了FPGA实现的系统结构,并分析了所需的硬件资源。     

应用于UHF RFID标签的低功耗真随机数发生器

设计了一种基于振荡采样法的真随机数发生器.针对UHF RFID标签芯片功耗低、面积小的特点,利用简单有效的电路结构增强发生器的随机性.采用频率受控的被采样数据振荡器与采样时钟异或后形成初步随机数,并增加异或链输出负反馈结构,有效提高了输出序列中"0""1"分布的均匀性,降低了序列的自相关性.标签采用SMIC 0.18μm RF CMOS工艺设计并流片,采样时钟为2MHz,总工作电流少于2μA.