基于数模混合的真随机数发生器

叶少康，李 峥

（解放军信息工程大学 电子技术学院，河南 郑州450004）

0 引 言

随机数发生器 （RNG）在许多方面有着广泛的应用，如模拟与仿真系统、神经网络的计算、数字系统的内建自检测、分布与统计程序、游戏及密码系统等等［1－3］。随机数发生器 （RNG）可分为伪随机数发生器 （PRNG）和真随机数发生器 （TRNG）两种［4－6］，伪随机数发生器又称确定性随机数发生器，它由一个确定的初始向量开始，通过一个确定的算法来产生随机数；真随机数发生器依托于自然界中物理现象的随机特性，如放射性衰变、电子电路的热噪声、散粒噪声等［7］。

真随机数因其具有随机性强、无周期和不可预测性，在密码系统和非密码系统中都有着广泛的应用，如彩票抽奖、模拟仿真、密钥生成和安全协议等。为此，设计基于硬件实现的真随机数发生器具有广阔的应用前景。本文利用RC电路充放电的低稳定度设计了一款真随机数发生器。

1 真随机数发生器的总体结构

为了提高随机序列的生成速率，本文采用8个噪声源模块 （N1－N8）并行工作，其总体结构如图1所示。

整个随机数发生器由8个噪声源模块、后处理模块、在线随机性检测模块、串行输出单元和并行输出单元组成。在随机数生成系统工作过程中，首先由8个噪声源模块连续不断地输出16位随机比特；然后通过后处理电路，经相应的后处理后，生成分布均匀、相对独立的随机序列；最后在线随机性检测模块对经后处理的随机序列进行实时检测，并根据检测结果进行报警和控制信号的输出。……