[发明专利]用于随机数产生器的具有磁阻元件的熵源

说明书

本申请案要求2011年9月20日申请的名称为“用于随机数产生器的具有STT-MTJ半导体装置的熵源(ENTROPY SOURCE WITH STT-MTJ SEMICONDUCTOR DEVICE FOR RANDOM NUMBER GENERATOR)”的第61/536,769号美国临时申请案的优先权，该申请案以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明大体上涉及电子电路，且更具体来说涉及用于产生随机值的技术。

背景技术

随机数(RN)产生器广泛用于针对多种应用产生随机值。举例来说，实施密码安全算法的计算机类装置通常需要随机值(通常是随机二进制位)的源。RN产生器可用于向计算机类装置提供随机值以便用于密码安全算法。RN产生器通常也被称作RNG或随机位产生器(RBG)。

RN产生器可以用熵源来实施，所述熵源可以提供一序列的随机位。熵源可以用一个物理装置来实施，所述物理装置具有在最大程度上可以通过简单的一阶马尔可夫过程建模的状态转移，使得熵质量和相关安全强度可以更容易定量以便确保充足的安全强度。随机位可以从物理装置的一序列的状态转移导出。但是，大多数可以用于熵源的物理装置昂贵、需要高功率并且产生数据较慢。另外，可能将这些物理装置的状态转移建模成简单的马尔可夫过程很难或者不切实际，这可能会使得物理装置的性能更难定量。

发明内容

本文中描述可以基于一个或一个以上磁阻(MR)元件产生随机值的熵源和RN产生器。在一个方面中，低能量熵源可包含MR元件和感测电路。可以向MR元件施加静态电流(并且不施加电流脉冲)，并且MR元件可以具有基于MR元件的磁化而确定的可变电阻。静态电流是具有恒定振幅和极性的电流，例如，没有电流脉冲。MR元件可以自发地并且随机地在不同磁化状态之间转移，并且这些转移可能会影响MR元件的电阻。感测电路可以感测MR元件的电阻，并且基于MR元件的感测到的电阻提供随机值。

在另一方面中，RN产生器可包含熵源和后处理模块。熵源可包含至少一个MR元件，并且可以基于至少一个MR元件提供第一随机值。所述后处理模块可以接收和处理所述第一随机值(例如，基于密码散列函数、错误检测码、流密码算法等)，并且提供具有改善的随机性特性的第二随机值。

在又一方面中，熵源可包含MR单元的阵列和感测电路。MR单元的阵列可以布置成多个行和多个列。每一MR单元可包括至少一个MR元件。多个字线可以耦合到MR单元的所述多个行。多个选择线可以耦合到MR单元的所述多个列。多个位线也可耦合到MR单元的所述多个列。所述感测电路可以耦合到所述多个选择线，并且可以感测所述阵列中的MR单元的电阻。可以用第一速率选择(例如，以交错方式)和感测阵列中的MR单元，以便用第二速率产生随机值，第二速率可能高于第一速率。

在又一方面中，篡改检测模块可包含熵源和检测模块。熵源可包含至少一个MR元件，并且可以基于至少一个MR元件提供第一值。检测模块可以接收和处理第一值，并且提供对于熵源的窜改的指示。检测模块可以基于多种准则检测对于熵源的窜改，所述准则例如是：第一值中的“0”的百分比和“1”的百分比，或第一值中的“0”游程和“1”游程，或第一值中的“0”和“1”的预定模式的出现次数，或第一值的压缩的输出速率等。

下文更详细地描述本发明的各种方面和特征。

附图说明

图1展示RN产生器的框图。

图2A和2B展示低能量熵源的两个设计。

图3展示高能量熵源的设计。

图4展示图3中的控制电路执行的过程。

图5展示具有MR单元阵列的熵源的设计。

图6A、6B和6C展示MR单元的三个设计。

图7A到12展示RN产生器的多种设计。

图13展示篡改检测电路。

图14展示用于产生随机值的过程。

图15展示无线装置的框图。

具体实施方式