[发明专利]一种随机数生成电路及相应的安全芯片

说明书

本发明公开了一种随机数生成电路及相应的安全芯片。该电路包括随机电压生成单元、高速压控振荡单元、高速振荡单元、逻辑异或单元、低速振荡单元和触发单元。本发明利用随机电压生成单元为高速压控振荡单元提供随机变化电压，使其生成频率相应变化的第一高频时钟信号，该第一高频时钟信号和与其独立不相关的由高速振荡单元生成的第二高频时钟信号进行异或后，一方面增加了异或后的第三高频时钟信号与低频时钟信号的不相干性，另一方面增加了除了高速压控振荡单元的有源器件引入的电流噪声和热噪声外，还增加了由随机电压生成单元为高速压控振荡单元提供的随机变化电压，作为其控制电压所产生的随机噪声，从而提高了本发明生成随机数的随机性。

技术领域

本发明涉及一种随机数生成电路，同时也涉及相应的安全芯片，属于数据安全技术领域。

背景技术

随机数(也称模拟随机源)主要应用在信息加密设备中，利用其产生不可预测的随机序列，对信息加密起到重要作用。其中，该随机数的随机性和安全性，决定了整个加密算法的安全性。

现有生成随机数的实现方式包括基于电阻热噪声的实现方式和亚稳态采样的实现方式。基于电阻热噪声的实现方式，在实际电路设计的过程中，不可避免的一些非理想因素会降低生成随机数的随机性。其中，非理想因素包括：衬底和电源的耦合噪声、放大器的失调和有限的带宽以及1/f噪声的影响。

亚稳态采样随机数的实现方式是通过低频时钟对高频随机抖动的时钟采样，得到不确定模拟随机数的输出。由于低频时钟和高频时钟是采用有源晶体管实现的，所以器件存在一定的电流噪声和热噪声，使得在低频振荡器和高频振荡器上产生随机的相位抖动，抖动的大小取决于噪声的大小。为此，亚稳态采样随机数采样减少放大器和电阻等器件的使用，降低引入的噪声，从而提高一部分随机数的随机性。但是，在实际设计的过程中，生成的随机数的随机性能会严重的依赖高速振荡器的随机噪声，如果高速振荡器的随机性能不好，会直接导致生成的随机数的性能变差。

发明内容

本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种随机数生成电路。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种包括上述随机数的安全芯片。

为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，提供一种随机数生成电路，包括随机电压生成单元、高速压控振荡单元、高速振荡单元、逻辑异或单元、低速振荡单元和触发单元，所述随机电压生成单元连接所述高速压控振荡单元，所述高速压控振荡单元与所述高速振荡单元连接所述逻辑异或单元，所述逻辑异或单元与所述低速振荡单元连接所述触发单元；

利用所述随机电压生成单元为所述高速压控振荡单元提供一个周期固定的随机变化电压，使得所述高速压控振荡单元生成频率相应变化的第一高频时钟信号，输出到所述逻辑异或单元，所述逻辑异或单元将所述第一高频时钟信号与所述高速振荡单元提供的频率固定的第二高频时钟信号进行异或，得到频率随机变化的第三高频时钟信号输出到所述触发单元，所述触发单元将所述低速振荡单元提供的低频时钟信号作为采样时钟采样所述第三高频时钟信号，以提高得到的随机数的随机性。

其中较优地，所述随机电压生成单元包括迟滞比较器、限压器、电容、充电和放电开关、第一反相器、第二反相器及第一电流镜像器、第二电流镜像器、第三电流镜像器和第四电流镜像器，所述迟滞比较器的第一和第二输入端连接所述限压器的相应输出端，所述迟滞比较器的第三输入端连接所述电容的一端和所述充电和放电开关的输出端，所述迟滞比较器的第一输出端连接所述第一反相器的输入端，所述第一反相器的输出端连接所述迟滞比较器的第四输入端和所述第二反相器的输入端，所述第二反相器的输出端连接所述充电和放电开关的输入端，所述电容的一端还作为所述随机电压生成单元的输出端，用于连接所述高速压控振荡单元的输入端，所述电容的另一端接地，所述第一电流镜像器一方面连接第一电流源，另一方面连接所述第二电流镜像器和所述第三电流镜像器，所述第二电流镜像器连接所述限压器和所述第四电流镜像器，所述第三电流镜像器和所述第四电流镜像器连接所述充电和放电开关。