[发明专利]一种基于噪声与差分电路的随机计算芯片设计方法

说明书

本公开揭示了一种基于噪声与差分电路的随机计算芯片，包括：激励单元，用于生成激励信号；噪声产生单元，用于生成噪声信号；数据处理单元，用于对所述噪声信号进行延时和非延时处理以分别生成延时噪声信号和非延时噪声信号，并对延时噪声信号和非延时噪声信号进行差分比较，根据差分比较结果生成1位随机比特，以进一步生成随机比特流。本公开以噪声信号作为随机熵源，能够降低器件的选择性以及能够生成高性能的随机数。

技术领域

本公开属于信息安全领域和集成电路领域，具体涉及一种基于噪声与差分电路的随机计算芯片设计方法。

背景技术

随机信号和随机数已广泛应用于科学技术的各个分支，在统计采样、计算机模拟、密码学等方面发挥着关键作用。随机数分为伪随机数和真随机数，传统的伪随机数是使用数学公式或预先计算的随机数表来生成看似随机的数字序列，但实际上是可预测的，生成的伪随机数不可避免地有重复和相关，无法满足很多应用场景。

相比之下，真随机数是使用自然界物理现象(例如大气噪声、热噪声或放射性衰变)作为随机性的来源，不能被复制或从外部预测。现有的真随机数发生器通常基于振荡器抖动、亚稳态、白噪声、随机电报噪声、热噪声，量子噪声等。然而，在这些真随机数发生器的实现中，需要复杂的信号后处理系统，随机性低，能耗高，此类问题限制了真随机数发生器的应用。

发明内容

针对现有技术中的不足，本公开的目的在于提供一种基于噪声与差分电路的随机计算芯片，该计算芯片以噪声作为随机熵源，不需要复杂的信号后处理系统，随机性高，能耗低。

为实现上述目的，本公开提供以下技术方案：

一种基于噪声与差分电路的随机计算芯片设计方法，包括：

激励单元，用于生成激励信号；

噪声产生单元，用于生成噪声信号；

数据处理单元，用于对所述噪声信号进行延时和非延时处理以分别生成延时噪声信号和非延时噪声信号，并对延时噪声信号和非延时噪声信号进行差分比较，根据差分比较结果生成1位随机比特，以进一步生成随机比特流。

优选的，所述激励信号为电压激励或电流激励。

优选的，所述激励信号包括但不限于方波、正弦波、三角波、梯形波、阶梯波、锯齿波和混合波中的任意一种。

优选的，所述噪声产生单元包括如下任一：金属-氧化物-半导体场效应晶体管、纳米线、量子点、激光器件、二维薄膜材料和存储器。

优选的，所述噪声信号包括但不限于热噪声、闪烁噪声、相位噪声、随机电报噪声。

优选的，所述随机计算芯片还包括噪声放大单元。

优选的，所述数据处理单元包括依次连接的信号延时器和差分比较器。

本公开还提供一种基于噪声与差分电路的随机计算芯片设计方法，包括如下步骤：

S100：生成噪声信号；

S200：对噪声信号进行延时和非延时处理，以分别生成延时噪声信号和非延时噪声信号；

S300：对延时噪声信号和非延时噪声信号进行差分比较，根据差分比较结果输出1位随机比特；

S400：重复执行步骤S100至步骤S300，以获得随机比特流。

本公开还提供一种计算机存储介质，其中，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于如前所述的方法。

本公开还提供一种电子设备，包括：

存储器，处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其中，