[实用新型]一种基于混沌电路的真随机信号发生装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及通信、信息加密和蒙特卡罗计算等电子领域，尤其是涉及一种基于混沌电路的真随机信号发生装置。

背景技术

在信息安全系统工程中，密码技术是保护信息安全最关键的技术和最基本的手段，而随机序列是所有密码技术的基石。正如著名的密码学家BruceSchneier所说：在密码技术的六要素，即对称加密、消息验证密码、公开密钥加密、单向散列函数、数字签名方案和随机序列中随机序列是谈论最少的密码学问题，但没有哪个问题比这个问题更重要。密钥管理、密码学协议、数字签名、身份认证，几乎每一个密码系统都要用到随机序列。而真随机数发生器以其不可预见性与不可复制性将在密码技术领域产生不可替代的巨大作用。

相比于伪随机数发生装置的研究而言，真随机数发生装置的研究还相当初步。设计一个真随机数发生器包括两步：首先是获取真随机源；然后是利用真随机源依照特定的数学方法获得真随机数。由于随机序列在密码技术中显而易见的重要性，许多密码学研究者为了设计出优良的随机数发生装置进行了各种可能的尝试，也在一定程度上满足了应用的需要。

国内外学者的研究中有许多方案，比如利用硬件电路产生热噪声、通过构建一个混沌电路来产生随机序列、采用系统调用的方法来获取系统进程和线程的随机特性。目前已有一些基于物理噪声源的真随机数发生器的专利及产品问世。如WNG系列采用物理噪音源，通过采样电路处理的高性能真随机数产生器芯片，随机序列产生速率有100Kbps-20Mbps几种。Quantis RNG是瑞士IDQ公司2010年4月推出的的基于量子物理的真随机数发生装置，包含一个量子光学过程，相比传统物理源更低成本高效率，随机数产生速率最高可达16Mbps。

除了信息安全领域，随机数(随机序列)在其它不同的领域有许多不同类型的应用。如果应用对随机性要求不是很高，选择任何随机数产生方法都可以。但如涉及到很重要的内容，如政治经济利益、计算机系统安全、高度机密信息等就会对随机性提出很高要求。在信息安全领域内，所有公开的加密算法的安全性都依赖于密钥的安全性，而密钥的安全性则和随机数密切相关。除了作为信息安全核心的加密算法外，网络通信中还广泛使用了各种安全协议。在这些协议中，为了进行身份认证，避免重放攻击等，也需要加入随机数，真随机数发生器无疑有着广阔的应用前景。

目前真随机数发生器的主要研究方向有更高的产生速率、更好的随机数质量、更合理的输出方式等。其中产生速率和随机数质量很大程度上取决于选取的随机源，比如基于光学量子学的随机数发生器通常产生速率较快。现有技术的真随机发生器采用串行，就是说数据传输时间上有先后，空间上只用一条线路。串行传输距离远，但实时性差。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本实用新型提供了一种采用并行输出方式的基于混沌电路的真随机信号发生装置。

本实用新型所述的一种基于混沌电路的真随机信号发生装置，包括：设置在壳体内的混沌电路、信息处理电路、模拟电路、数字电路、真随机数发生器、频谱仪和至少两个示波器；

所述的频谱仪与混沌电路相互电连接，用于射频和微波信号的频域分析；

所述的示波器与混沌电路相互电连接，用于显示混沌电路的波形；

所述的混沌电路与信息处理电路相互电连接；

所述的信息处理电路与真随机数发生器相互电连接。

更具体地，所述的混沌电路是利用震荡电路产生混沌信号。

可选的，所述的模拟电路和数字电路均连接有电压比较器，用于产生波形和变换电路。

可选的，还包括有与模拟电路和数字电路相互电连接的反相放大器，用于信号输入反向。

可选的，还包括与反相放大器相互电连接的触发器，用于输出比特流并输出随机数信号。

可选的，所述真随机数发生器是采用并行输出的方式。

本实用新型选用混沌系统作为随机信号源，混沌系统具有良好的初值敏感性和长时间发展趋势的不可预见性。混沌研究表明，一个完全确定的系统，即使非常简单，由于系统内部的非线性作用，同样具有内在的随机性，可以产生随机的非周期运动——混沌。混沌的这种特性正符合了我们对一个真随机源的基本预期，是良好的随机数源，可通过获取混沌系统中某些非线性元件两端的电压进行数据采样。

本实用新型所述的真随机信号发生装置采用并行输出的方式，并行就是数据传输时间上同时进行，空间上用多条线路。并行传输实时性好，而且同时输出多路随机数可进行多通道速率的累积，极大地加快了随机数的产生速率及可拓展性。