[发明专利]MCU随机间隔转换电桥电压的真随机数产生器及产生方法

说明书

本发明公开了一种MCU随机间隔转换电桥电压的真随机数产生器及产生方法，包括MCU、电桥模块和放大器，所述MCU包括应用模块、随机数生成模块和ADC模块；电源VCC通过开关SW分别连接电桥模块和放大器，电桥模块的输出端与放大器相连，放大器的输出端连接ADC模块，ADC模块与随机数生成器相连，随机数生成器连接应用模块。本发明将电桥的输出经过放大器，然后由ADC对其输出进行转换，真随机数位数的大小能够通过应用模块控制，其工作模式相当灵活，能够满足通信系统的各种应用场景，以及需要各种随机数位宽的加密算法。

技术领域

本发明涉及一种MCU随机间隔转换电桥电压的真随机数产生器及产生方法。

背景技术

近年来，随着通信技术的不断发展，特别是如今马上进入5G时代，通信速率越来越高，通信质量越来越好，这些以前人们普遍关注的问题现在已经变得越来越不被人们重视了。现在，人们已经转移了其关注的重点，他们不再着重关注通信系统的通信速度或者通信质量，他们现在关注的重点是通信信息安全与否。别是在如今信息时代，信息的安全与否直接影响到国家、企业以及个人的利益，因为，21世纪是信息的时代，在各个领域的竞争中，谁掌握了信息，谁就掌握了在竞争中的主动权。

为了保障通信质量，通信系统的发射端，在发射数据之前必须要将通信数据进行加密，然后接收端对接收到的加密数据进行解密。如果在通信的过程中不先对传输的数据进行加密，那么数据很容易被非法接收者监听，很容易泄露发射端的秘密；并且这种未经加密的数据很也很容易被非法篡改，非法用户将篡改后的数据再发射出去，让接收者接收到错误的信息，或者让接收者执行不应该执行的命令，这会造成很大的安全隐患。如果发射端在数据被发射之前，对数据进行加密，接收者通过相同的方式来进行解密，非法用户就很难识别这种加密后的数据，并且就更加不能篡改信息，这种把要发射的数据加密后再传输的方式比不加密直接发射原始数据相对安全的多。

目前，加密算法可以分为对称加密和非对称加密，其中对称加密算法的加密与解密密钥相同，非对称加密算法的加密密钥与解密密钥不同，此外，很多加密算法都需要散列算法来产生一些重要的参数。在加密算法中，特别是在对称加密算法中，如果对同样的数据用同一个秘钥加密，那么得到加密后的数据肯定是一样的，这样也容易被非法用户破解。因此，现在加密算法中，适当添加随机数和待加密的数据一起被加密，那么即使加密同样的数据，但加密后的数据也完全不一样，能够提高通信的安全性。如果这种随机数是伪随机数，也一样是不够安全的，伪随机数也是有规律可言的，因此在通信的时候也较易被破解。在数字处理器中，也有使用传感器电路产生真随机数，但大部分是使用电路稳态的电压值，电压只会在电路有噪声的情况才会产生变化，这种变化很小，需要分辨率很高的ADC来转换，输出才会有变化，并且输出变化也很小，而且这种方案对ADC的分辨率要求很高，价格也就相对会增加，并且处理中也很难集成这种高分辨率的ADC。因此，急需一种专门用于处理器产生真随机数的解决方案。

现有的真随机数产生器，大部分人都致力于研究采用FPGA来实现，并且绝大部分的研究者都采用奇数个反相器构成振荡电路，这个振荡电路能够产生频率很高的时钟，并且不稳定，因此采用一个低频时钟来采集这种不稳定的高频时钟能够得到较随机的真随机数。在这个振荡电路中反相器越多产生的时钟越不稳定，但是反相器越多，产生的时钟频率就越低，这就会影响采集数据的随机性。也有部分研究者研究在单片机、DSP和ARM产生真随机数，但是在这些处理器中却不能使用像FPGA芯片里面使用的这种振荡电路，因为，MCU(微处理器)这种处理器都是专用芯片，只能采用软件编程的方式进行数据处理，这种方式只能产生伪随机数，然而伪随机数是很容易被破解的，因此需要采用外部电路和这些MCU联合产生真随机数。目前也有采用单片机的ADC(模数转换器)采集纯电阻分压电路的电压值来产生真随机数。