專利名稱：隨機(jī)數(shù)發(fā)生器和隨機(jī)數(shù)發(fā)生方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于隨機(jī)數(shù)發(fā)生的設(shè)備、方法和系統(tǒng)，具體地說，涉及通 過隨機(jī)采樣的隨機(jī)M生。
背景技術(shù)：
隨機(jī)lt&生器(RNG)是一種用于產(chǎn)生一系列隨機(jī)數(shù)的系統(tǒng)或方法。 在RNG的設(shè)計(jì)、應(yīng)用或操作中存在一定困難，其可能損害所產(chǎn)生的一系 列數(shù)字的實(shí)際隨機(jī)性。例如， 一種方法是基于算法的RNG，通常在物理系 統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模擬和密碼系統(tǒng)中使用。但是，基于算法的RNG更準(zhǔn)確地應(yīng) 稱為偽隨機(jī)lt^生器(PRNG)，因?yàn)樗鼈兊妮敵霾皇钦嬲S機(jī)的，這歸 因于它們源自至少一個基本算法它們的輸出只是逼近隨機(jī)數(shù)的某些特性。 此外，可以通過反向工程或計(jì)算代碼破解或攻擊來確定基礎(chǔ)算法，由此使 密碼安全性無效。
通常優(yōu)選使用基于模擬噪聲的RNG結(jié)構(gòu)或硬件RNG結(jié)構(gòu)而不是 PRNG來生成源自基本噪聲機(jī)制的不可預(yù)測的和無偏的數(shù)字信號。圖l(a) 和l( b )示出了現(xiàn)有技術(shù)的硬件RNG 100,它使用微觀的物理過程現(xiàn)象(熱 噪聲、光電效應(yīng)或其他量子現(xiàn)象)作為模擬噪聲源102，使用放大器104 將量子級噪聲輸出103放大為宏觀噪聲信號105。轉(zhuǎn)換器108對放大的噪 聲信號105進(jìn)行采樣以響應(yīng)通過門或開關(guān)106定時(shí)的周期性數(shù)字時(shí)鐘信號 109。在一個實(shí)例中，如在上升時(shí)鐘信號110處采樣的，放大的噪聲信號 105的值112低于信號波形中點(diǎn)M，并且值112因此由轉(zhuǎn)換器108轉(zhuǎn)換為 數(shù)位(digital number)流130 (輸出0)。在下一個上升時(shí)鐘信號120， 放大的噪聲信號105的值122高于信號波形中點(diǎn)M,因此該值122由轉(zhuǎn)換 器108轉(zhuǎn)換為數(shù)位流130 (輸出1)。
如果上升和下降的放大的噪聲信號105的波形輪廓126相對于恒定周 期性時(shí)鐘信號109的輪廓128是隨機(jī)的，則由轉(zhuǎn)換器108產(chǎn)生的1和0數(shù) 位流將也是隨機(jī)的。但是，硬件RNG100可能受到確定性力量的影響，所 述力量可能損害數(shù)位流130的隨機(jī)性甚至編程數(shù)位流130的隨機(jī)性。
更具體地說，由攜帶快速變化信號作為其正常運(yùn)行副產(chǎn)品的其他電路 發(fā)射的電磁輻射干擾(EMI)可能導(dǎo)致出現(xiàn)諸如串音和電源噪聲之類的有 害信號來影響RNG 100。在一個實(shí)例中，通過時(shí)鐘信號與另一時(shí)鐘信號的 耦合(通過結(jié)構(gòu)基底)，較強(qiáng)的EMI力也可能重新編程隨機(jī)放大的噪聲信 號105。圖1(b)示出了較強(qiáng)的射頻干擾(RFI)信號170對硬件RNG100 的影響。RFI是由高于音頻波長(約20 kHz Ha低于紅外線波長(約30 THz) 的電磁頻鐠部分造成的干擾，并且包括放大調(diào)制(AM)、短波、頻率調(diào) 制(FM)、電視(TV)、業(yè)余無線電和民用波段(CB)廣播信號。RFI 可以由商業(yè)、政府和民間廣播公司，以及諸如遠(yuǎn)程控制、無線電話、蜂窩 電話、微波爐、移動傳感器、雷達(dá)系統(tǒng)以及醫(yī)療和工業(yè)設(shè)備之類的本地設(shè) 備產(chǎn)生。
較強(qiáng)的RFI信號170作用于放大的噪聲信號105并有效地淹沒了放大 的噪聲信號105，由此生成結(jié)果干擾噪聲信號172，后者的波形輪廓192 與RFI信號170的波形輪廓190基本相似。如果RFI信號170具有周期性 并且輪廓190與采樣時(shí)鐘信號109的振動數(shù)字值輪廓128基^f目同，則在 每個時(shí)鐘信號采樣點(diǎn)(時(shí)鐘信號109的上升邊沿110、 120)，干擾后的放 大噪聲信號172的值182、 184高于信號波形中點(diǎn)M并被ADC 108轉(zhuǎn)換為 數(shù)位流130 (輸出1)。這樣，否則是隨機(jī)的數(shù)據(jù)流186現(xiàn)在被編程為全部 是1的信號。這種情況可能是無意出現(xiàn)的，也可能是通過基于同步的攻擊 技術(shù)有意造成的，上述任一情況都會破壞密碼系統(tǒng)安全性。
因此，盡管基于算法的偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器可以提供簡單經(jīng)濟(jì)的隨機(jī)M 生，但;l^礎(chǔ)算法方法致使PRNG從本質(zhì)上而言對密碼應(yīng)用是不安全的。 并且雖然硬件隨機(jī)數(shù)發(fā)生器在理論上可以生成不易遭受解密的真正隨機(jī)數(shù) 位流，但是^更件噪聲源信號的EMI調(diào)制可能損害隨機(jī)性，并且在某些情況
下甚至允許對所產(chǎn)生的數(shù)位流進(jìn)行編程。有鑒于此，需要一種解決方案來 解決相關(guān)領(lǐng)域的至少 一個缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各方面解決了上述以及其他問題。更具體地說，提供了一種 隨才幾數(shù)發(fā)生器，所述隨機(jī)數(shù)發(fā)生器包括配置為產(chǎn)生第 一模擬噪聲信號的第 一才莫擬噪聲源和配置為產(chǎn)生與所述第 一模擬噪聲信號異步的第二模擬噪聲 信號的第二才莫擬噪聲源。第 一轉(zhuǎn)換器連接到所述第 一模擬噪聲源并配置為
將所述第 一模擬噪聲信號轉(zhuǎn)換為隨機(jī)數(shù)字時(shí)鐘信號，所述隨機(jī)數(shù)字時(shí)鐘信 號定義了多個采樣周期的隨機(jī)序列。連接到所述第二模擬噪聲源和所述第 一轉(zhuǎn)換器的第二轉(zhuǎn)換器對所述第二模擬噪聲信號進(jìn)行采樣以響應(yīng)所述隨機(jī) 數(shù)字時(shí)鐘信號并產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)位流。
在一個方面中，所述第一和第二模擬噪聲源為物理過程現(xiàn)象。在另一 個方面中，連接到所述第一轉(zhuǎn)換器和所述第二轉(zhuǎn)換器的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器輸出 塊對第二轉(zhuǎn)換器隨機(jī)數(shù)位流進(jìn)行采樣以響應(yīng)所述隨機(jī)數(shù)字時(shí)鐘信號并產(chǎn)生
隨機(jī)ltl生器塊輸出。
在一個方面中，放大器連接在所述第二模擬噪聲源與所述第二轉(zhuǎn)換器 之間，其中所述第 一轉(zhuǎn)換器為電壓時(shí)間轉(zhuǎn)換器并且所述第二轉(zhuǎn)換器為模擬 數(shù)字轉(zhuǎn)換器。在另一個中方面，所述第一轉(zhuǎn)換器為偽噪聲源狀態(tài)機(jī)，并且 連接在所述第 一才莫擬噪聲源與所述偽噪聲源狀態(tài)機(jī)之間的電壓數(shù)字轉(zhuǎn)換器
產(chǎn)生隨機(jī)第一種子以響應(yīng)所述第一模擬噪聲信號；連接到所述偽噪聲源狀 態(tài)才幾的過程變差數(shù)字放大器產(chǎn)生隨機(jī)第二種子；所述偽噪聲源狀態(tài)機(jī)配置 為產(chǎn)生所述隨機(jī)數(shù)字時(shí)鐘信號以響應(yīng)所述第 一種子、所述第二種子以及過 去偽噪聲機(jī)器狀態(tài)。在一個方面中，所述過程變差數(shù)字放大器包括多個具 有唯一隨機(jī)種子的微處理器芯片。在另一個方面中，所述過程變差數(shù)字放 大器根據(jù)多個所述唯一隨機(jī)種子中的每個隨機(jī)種子的老化效應(yīng)來確定所述 第二種子。
仍進(jìn)一步地，提供了一種隨機(jī)亂良生方法，所迷方法包括以下步驟
產(chǎn)生第一模擬噪聲信號，將所述第一模擬噪聲信號轉(zhuǎn)換為包括多個采樣周 期的隨機(jī)序列的隨機(jī)數(shù)字時(shí)鐘信號，產(chǎn)生與所述第 一模擬噪聲信號異步的 第二模擬噪聲信號，以及對所述第二模擬噪聲信號進(jìn)行采樣以響應(yīng)所述隨 機(jī)數(shù)字時(shí)鐘信號以便產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)位流。在一個方面中，第一和第二模擬噪 聲源分別從第一和第二物理過程現(xiàn)象來產(chǎn)生所述第一和第二才莫擬噪聲信 號。在另一個方面中，所述方法包括對所述隨機(jī)數(shù)位流進(jìn)行采樣以響應(yīng)所 述隨機(jī)數(shù)字時(shí)鐘信號以便產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)發(fā)生器塊輸出。
在一個方面中，所述方法還包括放大所述第二模擬噪聲信號，使用模 擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器裝置轉(zhuǎn)換放大后的第二模擬噪聲信號以產(chǎn)生所述隨機(jī)數(shù)位 流，以及使用電壓時(shí)間轉(zhuǎn)換器裝置將所述第一模擬噪聲信號轉(zhuǎn)換為所述隨 機(jī)數(shù)字時(shí)鐘信號。在另一個方面中，所述方法還包括產(chǎn)生隨機(jī)第一種子以 響應(yīng)所述第 一模擬噪聲信號，過程變差數(shù)字放大器裝置產(chǎn)生隨機(jī)第二種子， 以及偽噪聲源狀態(tài)機(jī)裝置產(chǎn)生所述隨機(jī)數(shù)字時(shí)鐘信號以響應(yīng)所述第一種 子、所述第二種子以及過去偽噪聲機(jī)器裝置狀態(tài)。
在另一方法中，所述過程變差數(shù)字放大器裝置包括多個^:處理器芯片， 所述方法還包括以下步驟為所述多個芯片中的每個芯片分配唯一隨機(jī)種 子；以及從多個所述唯一隨機(jī)種子來確定所述第二種子。在另一個方面中， 還根據(jù)所述多個唯一隨機(jī)種子中的每個隨機(jī)種子的老化效應(yīng)來確定所述第 二種子。
仍進(jìn)一步地，服務(wù)提供商可以部署、管理和維護(hù)本發(fā)明的任何組件， 所述服務(wù)提供商例如通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或其他設(shè)備提供隨機(jī)數(shù)發(fā)生。因此， 在一個方面中，提供了一種部署用于隨機(jī)氣良生的應(yīng)用的方法，所述方法 包括提供可用于產(chǎn)生第一模擬噪聲信號的計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施，將所述第一模擬 噪聲信號轉(zhuǎn)換為包括多個采樣周期的隨機(jī)序列的隨機(jī)數(shù)字時(shí)鐘信號，產(chǎn)生 與所述第 一模擬噪聲信號異步的第二模擬噪聲信號，以及對所述第二模擬 噪聲信號進(jìn)行采樣以響應(yīng)所述隨機(jī)數(shù)字時(shí)鐘信號以便產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)位流。
在另一應(yīng)用中，第一和第二模擬噪聲源分別從第一和第二物理過程現(xiàn) 象來產(chǎn)生所述第一和第二模擬噪聲信號。在另一應(yīng)用中，對所述隨機(jī)數(shù)位
流進(jìn)行采樣以響應(yīng)所述隨機(jī)數(shù)字時(shí)鐘信號以便產(chǎn)生隨機(jī)lt良生器塊輸出。
在另一應(yīng)用中，所述過程還包括放大所述第二模擬噪聲信號，使用模 擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器裝置轉(zhuǎn)換放大后的第二模擬噪聲信號以產(chǎn)生所述隨機(jī)數(shù)位 流，以及使用電壓時(shí)間轉(zhuǎn)換器裝置將所述第一模擬噪聲信號轉(zhuǎn)換為所述隨 機(jī)數(shù)字時(shí)鐘信號。在另一個方面中，所述過程還包括產(chǎn)生隨機(jī)第一種子以 響應(yīng)所述第一模擬噪聲信號，過程變差數(shù)字放大器裝置產(chǎn)生隨機(jī)第二種子， 以及偽噪聲源狀態(tài)機(jī)裝置產(chǎn)生所述隨機(jī)數(shù)字時(shí)鐘信號以響應(yīng)所述第一種 子、所述第二種子以及過去偽噪聲機(jī)器裝置狀態(tài)。在另一個方面中，所述
過程變差數(shù)字放大器裝置包括多個微處理器芯片，還包括以下步驟為所 述多個芯片中的每個芯片分配唯一隨機(jī)種子；以及從所述多個唯一隨機(jī)種 子來確定所述第二種子。在應(yīng)用的另一個方面中，還才艮據(jù)所述多個唯一隨 機(jī)種子中的每個隨機(jī)種子的老化效應(yīng)來確定所示第二種子。
仍進(jìn)一步地，可以提供一件包括計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)的制品，所述計(jì)算機(jī) 可用介質(zhì)具有包含在其中的計(jì)算機(jī)可讀程序，其中當(dāng)在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行時(shí)， 所述計(jì)算機(jī)可讀程序?qū)?dǎo)致計(jì)算機(jī)執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的隨機(jī)M生，例如通 過產(chǎn)生第一模擬噪聲信號，將所述第一模擬噪聲信號轉(zhuǎn)換為包括多個采 樣周期的隨機(jī)序列的隨機(jī)數(shù)字時(shí)鐘信號，產(chǎn)生與所述第 一模擬噪聲信號異 步的第二模擬噪聲信號，以及對所述第二模擬噪聲信號進(jìn)行采樣以響應(yīng)所 述隨機(jī)數(shù)字時(shí)鐘信號以便產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)位流。
在另一個方面中，所述制品的計(jì)算機(jī)可讀程序在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行時(shí)，還 導(dǎo)致計(jì)算機(jī)分別從第一和第二物理過程現(xiàn)象來產(chǎn)生所述第一和第二模擬噪 聲信號。在另一個方面中，對所述隨機(jī)數(shù)位流進(jìn)行采樣以響應(yīng)所述隨機(jī)數(shù) 字時(shí)鐘信號以便產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)發(fā)生器塊輸出。在另一個方面中，所述計(jì)算機(jī) 過程還包括放大所述第二模擬噪聲信號，使用模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器裝置轉(zhuǎn)換放 大后的第二模擬噪聲信號以產(chǎn)生所述隨機(jī)數(shù)位流，以及使用電壓時(shí)間轉(zhuǎn)換 器裝置將所述第 一模擬噪聲信號轉(zhuǎn)換為所述隨機(jī)數(shù)字時(shí)鐘信號。
另一制品的計(jì)算機(jī)可讀程序在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行時(shí)，將調(diào)用以下過程步驟 產(chǎn)生隨機(jī)第 一種子以響應(yīng)所述第 一模擬噪聲信號，過程變差數(shù)字放大器裝
置產(chǎn)生隨機(jī)第二種子，以及偽噪聲源狀態(tài)機(jī)裝置產(chǎn)生所述隨機(jī)數(shù)字時(shí)鐘信 號以響應(yīng)所述第一種子、所述第二種子以及過去偽噪聲機(jī)器裝置狀態(tài)。在 另一個方面中，過程變差數(shù)字放大器裝置包括多個微處理器芯片，還包括
以下步驟為所述多個芯片中的每個芯片分配唯一隨機(jī)種子以及從所述多 個唯一隨機(jī)種子來確定所述第二種子。在應(yīng)用的另一個方面中，還根據(jù)所 述多個唯一隨機(jī)種子中的每個隨機(jī)種子的老化效應(yīng)來確定所述第二種子。


從以下結(jié)合附圖的對本發(fā)明各方面的詳細(xì)說明，可以更容易地理解本
發(fā)明的上述和其他特征，這些附圖是
圖1 (a)和l (b)是現(xiàn)有技^^更件隨機(jī)氣良生器的示意圖； 圖2 (a)和2 (b)是根據(jù)本發(fā)明的隨機(jī)氣義生器的示意圖； 圖3是根據(jù)本發(fā)明的其他隨機(jī)M生器的示意圖；以及 圖4是配置為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的各方面的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的示意圖。 本發(fā)明可以采取各種組件和組件排列，以及各種步驟和步驟排列的形
式。附圖僅旨在示出本發(fā)明的典型實(shí)施例并且不應(yīng)被視為限制本發(fā)明的范
圍。此外，附圖無需成比例并且只是示意性的表示，并非旨在描述本發(fā)明
的特定參數(shù)。在附圖中，相同的標(biāo)號表示相同的元素。
具體實(shí)施例方式
仍進(jìn)一步地，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀并理解以下詳細(xì)描述之后， 將理解本發(fā)明。為方便起見，具體實(shí)施方式
部分具有以下小節(jié)
I. 一般說明
II. 計(jì)算機(jī)化的實(shí)施方式
I. 一般說明
圖2 (a)和2 (b)是根據(jù)本發(fā)明的RNG結(jié)構(gòu)200的示意圖。第一模 擬噪聲源202生成第一隨機(jī)噪聲信號203。在一個實(shí)例中，第一模擬噪聲
源202是從物理過程現(xiàn)象(例如熱噪聲、光電效應(yīng)或其他量子現(xiàn)象)產(chǎn)生 第一噪聲信號203的硬件噪聲源202。放大器204將第一噪聲信號203放 大成放大后的第一噪聲信號205以便通過開關(guān)206進(jìn)行采樣以及由模數(shù)轉(zhuǎn) 換器(ADC) 208轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)位。但是可以理解，可針對本發(fā)明實(shí)現(xiàn) 其他類型的模擬噪聲源202，并且如果其噪聲信號足夠大，則無須進(jìn)行放 大并可以省略^t大器204。
通過使用電壓時(shí)間轉(zhuǎn)換器(V2T) 254處理第二模擬噪聲源250的噪 聲信號252來產(chǎn)生隨機(jī)采樣時(shí)鐘信號209。第二模擬噪聲源250可以是從 物理過程現(xiàn)象(熱噪聲等)產(chǎn)生第二噪聲信號252的另一硬件噪聲源250， 或者是備選的噪聲信號發(fā)生器(未示出)。隨機(jī)采樣時(shí)鐘信號209因此提 供采樣時(shí)刻的隨機(jī)序列輪廓220,例如上升數(shù)字脈沖222、 224、 226之間 顯示的發(fā)散定時(shí)所示，以便分別在點(diǎn)242、 244、 246處對放大后的噪聲波 形240進(jìn)行采樣并響應(yīng)性地產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)位流210。此外，還可選地對隨機(jī) 流210采樣以響應(yīng)隨機(jī)采樣時(shí)鐘信號209,從而隨機(jī)地在RNG塊輸出212 處產(chǎn)生RNG塊輸出流260:以這種方式，可以引入其他隨機(jī)因素以進(jìn)一步 隨機(jī)化數(shù)位流輸出260。
此外，還可以理解的是，ADC208可以是1位或多位ADC，其中多位 ADC 208可以為流260產(chǎn)生的數(shù)字提供額外的隨機(jī)性。因此，在一個8級 或3位ADC 208實(shí)例中，輸出流260 "111111"可以表示"7"(來自二 進(jìn)制代碼中的3位項(xiàng)111)和"111"中的任意一個。在另一個64級或6 位ADC 208實(shí)例中，輸出數(shù)位流260的6位序列可以表示一個字母數(shù)字隨 機(jī)數(shù)的輸出。
因此，至此描述的RNG 200是分別針對模擬信號205和隨機(jī)采樣時(shí)鐘 信號209結(jié)合兩個獨(dú)立硬件噪聲源202、 250的基于硬件的隨機(jī)亂良生器。 提供單獨(dú)的獨(dú)立硬件噪聲源202、 250的一個優(yōu)點(diǎn)是噪聲信號203、 252由 于其獨(dú)立隨機(jī)產(chǎn)生，因此在本質(zhì)上是異步的，這使得RNG200能夠抵御通 過強(qiáng)RFI影響損害的隨機(jī)化并保持真正隨機(jī)的數(shù)字輸出260。
更具體地說，圖2 (b)示出了 RNG 200在強(qiáng)RFI信號270的影響下
的行為。RFI信號270作用于放大后的模擬噪聲信號205并產(chǎn)生合成的干 目擬噪聲信號272，噪聲信號272的干擾波形輪廓274與RFI信號270 的輪廓271基^M目似，由此損害了干擾后的模擬噪聲信號272的隨機(jī)性。 但是與圖1中示出的現(xiàn)有技術(shù)硬件RNG100(具有可以與RFI輪廓192相 關(guān)的恒定周期性采樣時(shí)鐘輪廓128)相比，盡管RFI信號270作用于隨機(jī) 時(shí)鐘信號209以產(chǎn)生合成的更改干擾時(shí)鐘信號286,從而將原始采樣時(shí)鐘 輪廓220更改為RFI干擾輪廓282，但是干擾后的時(shí)間輪廓282相對于RFI 輪廓271而言仍然是隨機(jī)的和不規(guī)則的。
在一個方面中，可以針對有意的EMI確定性影響來保持雙硬件噪聲源 RNG200中的隨機(jī)性，因?yàn)榛静豢赡艽_定隨機(jī)采樣時(shí)鐘信號209的最初 采樣時(shí)刻。但是，本發(fā)明的備選實(shí)施例可以結(jié)合額外的結(jié)構(gòu)和方法，它們 進(jìn)一步使確定最初采樣時(shí)刻更加困難并因此提高RNG對RFI隨機(jī)性重新 編程的抵御能力。
更具體地說，圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的另 一個RNG 300。模擬噪聲源 302生成隨機(jī)噪聲信號303，例如物理過程熱噪聲信號303，盡管也可以實(shí) 現(xiàn)其他模擬噪聲源302。由于物理過程噪聲信號303相對于RNG系統(tǒng)300 電子信號電平來說較低，因此放大器304將噪聲源信號303放大成放大后 的噪聲信號305以便通過開關(guān)306進(jìn)行采樣以及由模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC )308 轉(zhuǎn)換成離散數(shù)字。可選地，如果噪聲信號303足夠大，則無需進(jìn)行放大， 因此根據(jù)本發(fā)明的RNG300的某些實(shí)施例可以省略放大器304。
數(shù)字偽噪聲(PN)源狀態(tài)機(jī)340用于根據(jù)第一種子342、第二種子344 以及過去機(jī)器狀態(tài)輸入來產(chǎn)生具有時(shí)間輪廓382(其還可選地用作RNG塊 386的時(shí)鐘)的隨機(jī)數(shù)字采樣時(shí)鐘信號386。使用PN源狀態(tài)機(jī)產(chǎn)生數(shù)字隨 機(jī)數(shù)是公知的，但是新穎之處在于，通過使第一種子輸入342是電壓數(shù)字 轉(zhuǎn)換器(V2D ) 346的輸出，其中第二模擬噪聲發(fā)生器350噪聲向V2D 346 提供真正隨機(jī)的模擬噪聲信號輸入352，將真正的隨機(jī)性結(jié)合到了否則是 偽隨機(jī)的數(shù)字時(shí)鐘信號產(chǎn)生結(jié)構(gòu)中。
此外，通過結(jié)合過程變差數(shù)字》文大器(PVDA) 348以產(chǎn)生到PN源狀
態(tài)機(jī)340的隨機(jī)第二種子輸入344， RNG 300提供了更多保護(hù)以防止RFI 損害隨機(jī)化。PVDA 348包括多個芯片(未示出)，每個芯片基于其固有 的結(jié)構(gòu)用作其自己的隨機(jī)種子，這在PVDA的設(shè)計(jì)中是公知的。在一個方 面中，可以確定隨機(jī)第二種子344以響應(yīng)每個芯片唯一的老化效應(yīng)。 一個 優(yōu)點(diǎn)是這些特性對未授權(quán)方是不可知或不可發(fā)現(xiàn)的，也不能通過EMI來確 定。因此，PVDA 348通過不受FRI編程影響的數(shù)字放大結(jié)構(gòu)和技術(shù)提供 了隨機(jī)第二種子輸入344,隨機(jī)第二種子輸入344連同模擬隨機(jī)源第一種 子342 —起，有效地?cái)_亂了每個采樣周期更改的首次采樣時(shí)刻，并且其中 第二種子2隨機(jī)輸入344也會因芯片老化而隨時(shí)間發(fā)生改變。
在本實(shí)施例中，同時(shí)通過采樣種子l、種子2以及PN機(jī)器當(dāng)前狀態(tài)來 實(shí)施PN源輸出382的隨機(jī)性。因此，雖然PN狀態(tài)機(jī)通常被認(rèn)為是偽隨 機(jī)噪聲源，但是PN狀態(tài)機(jī)340隨機(jī)性的算法基礎(chǔ)不能通過其輸出來確定， 因?yàn)殡S機(jī)第一和第二種子會在每個隨機(jī)周期內(nèi)定期更新因此PN狀態(tài)機(jī) 340的采樣時(shí)鐘輸出386不是偽隨機(jī)的，而是真正隨機(jī)的。
II.計(jì)算化的實(shí)施方式
現(xiàn)在參考圖4，計(jì)算機(jī)可讀代碼可以;陂集成到計(jì)算系統(tǒng)400中，其中 計(jì)算系統(tǒng)400能夠用作根據(jù)本發(fā)明的隨機(jī) 1生器。因此，根據(jù)本發(fā)明的 程序可以存儲在計(jì)算系統(tǒng)400的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)401中，或可由計(jì)算 系統(tǒng)400通過一種或多種傳輸介質(zhì)402來訪問。
因此，在一個實(shí)例中，計(jì)算系統(tǒng)400包括圖3中示出的RNG300組件。 一個優(yōu)點(diǎn)是在將所述組件提供給第三方以進(jìn)行RNG 300應(yīng)用之前，可以在 偽噪聲狀態(tài)機(jī)340內(nèi)植入或更改硬編碼邏輯，從而保持相關(guān)邏輯算法的安 全。另一個優(yōu)點(diǎn)是，偽噪聲狀態(tài)機(jī)340可以由第三方制造或組裝到根據(jù)本 發(fā)明的RNG應(yīng)用中，隨后在以后編入軟件隨機(jī)性算法，以使所述算法始 終保持安全，無法為第三方所知。
在此方面，計(jì)算機(jī)可讀/可用介質(zhì)401包括實(shí)現(xiàn)本發(fā)明各個過程步驟中 的每個步驟的程序代碼，例如包括偽噪聲狀態(tài)機(jī)340的隨機(jī)性算法。可以
理解，術(shù)語計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)或計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)包括程序代碼的一個或多個 任意類型的物理實(shí)施例。具體地說，術(shù)語計(jì)算機(jī)可讀/可用介質(zhì)可以包括包 含在一個或多個便攜存儲制品(例如光盤、磁盤、磁帶等)、諸如存儲器
和/或存儲系統(tǒng)401 (例如，固定盤、只讀存儲器、隨MM儲器、高速 緩沖存儲器等)之類的計(jì)算設(shè)備的一個或多個數(shù)據(jù)存儲部分上的程序代碼，
以^或者通過傳輸介質(zhì)402在網(wǎng)絡(luò)(例如，在程序代碼的有線/無線電子分
發(fā)期間)上作為數(shù)據(jù)信號(例如傳播信號)傳輸?shù)某绦虼a。
示例性而非窮舉性的存儲介質(zhì)401實(shí)例包括易失性存儲器結(jié)構(gòu)以及 RAM和ROM結(jié)構(gòu)，但是本發(fā)明不限于此。在一個操作方面，程序代碼可 以由盤驅(qū)動器或CD-ROM讀取裝置403、 413讀取并存儲在計(jì)算系統(tǒng)400 的ROM設(shè)備401或類似設(shè)備中以被執(zhí)行。在某些實(shí)例中，程序可以駐留 在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)410的存儲器資源412上，或駐留在程序傳輸裝置444上， 程序傳輸裝置444具有用于存儲程序的計(jì)算扭存儲器446和用于通過網(wǎng)絡(luò) 402將程序提供給計(jì)算系統(tǒng)400或存儲器401的程序傳輸裝置448。
可以理解，計(jì)算系統(tǒng)400、 410的實(shí)施例包括獨(dú)立和聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)以及 多部分計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。更具體地說，提供圖4以表明本發(fā)明可以在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境 (例如因特網(wǎng)、廣域網(wǎng)(WAN)、局域網(wǎng)(LAN)、虛擬專用網(wǎng)(VPN) 等)中實(shí)現(xiàn)，也可以在獨(dú)立計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。在前者的情況下，整個網(wǎng) 絡(luò)的通信可以通過各種類型的通信鏈路的任意組合來實(shí)現(xiàn)。例如，通信鏈 路可包括利用有線和/或無線傳輸方法的任意組合的可尋址連接。在通信通 過因特網(wǎng)進(jìn)行的情況下，連接可以通過傳統(tǒng)的基于TCP/IP套接字的協(xié)議 提供，并且因特網(wǎng)服務(wù)提供商可用于建立與因特網(wǎng)的連接性。此外，計(jì)算 系統(tǒng)400、 410旨在說明，圖4中示出的實(shí)施方式的某些或所有組件可以由 為他人提供實(shí)施、部署和/或執(zhí)行本發(fā)明的功能的服務(wù)提供商來部署、管理 和維護(hù)等。
計(jì)算系統(tǒng)400、 410只是用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的各種類型的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施 的示例。例如，在一個實(shí)施例中，計(jì)算系統(tǒng)400、 410中的任何一個都包括 兩個或更多通過網(wǎng)絡(luò)通信以執(zhí)行本發(fā)明的各個過程步驟的計(jì)算設(shè)備(例如
服務(wù)器群集)。此外，計(jì)算系統(tǒng)400、 410只是可以包括大量硬件組合的各 種可能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的代表。在此方面，在其他實(shí)施例中，計(jì)算系統(tǒng)400、 410可以包括任何包含用于執(zhí)行特定功能的硬件和/或計(jì)算機(jī)程序代碼的專 用計(jì)算制品、任何包含專用和通用硬件/軟件的組合的計(jì)算制品，或者可以 包括任何與一個或多個外部設(shè)備444等交換信息的系統(tǒng)。在每種情況下， 可以分別使用標(biāo)準(zhǔn)編程和工程技術(shù)來創(chuàng)建程序代碼和硬件。
仍進(jìn)一步地，可以理解，圖4中未示出的一個或多個其他組件(例如 系統(tǒng)軟件、數(shù)學(xué)協(xié)處理單元等)可以包括在計(jì)算系統(tǒng)400、 410內(nèi)。盡管沒 有示出，但是諸如高速緩沖存儲器、通信系統(tǒng)、系統(tǒng)軟件之類的其他組件 可以被結(jié)合到計(jì)算系統(tǒng)400、 410內(nèi)。在一個實(shí)施例中，存^i殳備401包括 跨例如局域網(wǎng)(LAN)、廣域網(wǎng)(WAN)或存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SAN)(未示 出)分發(fā)的數(shù)據(jù)。
在另一個實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種在訂閱、廣告和/或收費(fèi)的^il 上執(zhí)行本發(fā)明的過程步驟的商業(yè)方法。也就是說，諸如解決方案集成商之 類的服務(wù)提供商可以提供上述隨機(jī)數(shù)發(fā)生器設(shè)備的設(shè)計(jì)和/或制造。在此情 況下，服務(wù)提供商可以為一個或多個客戶創(chuàng)建、維護(hù)和支持執(zhí)行本發(fā)明的 過程步驟的諸如計(jì)算系統(tǒng)400、410之類的計(jì)算機(jī)M設(shè)施。在一個實(shí)例中， 服務(wù)提供商可以在配置為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的RNG過程的偽噪聲狀態(tài)機(jī)340內(nèi) 植入或更改硬編碼邏輯。在另一個實(shí)例中，服務(wù)提供商可以制造偽噪聲狀 態(tài)機(jī)340并將其組裝或部署到根據(jù)本發(fā)明的RNG過程中，然后將一個或 多個隨機(jī)性算法編入偽噪聲狀態(tài)機(jī)340。依次地，服務(wù)提供商可根據(jù)訂閱 和/或收費(fèi)協(xié)議4戶(多個)收取費(fèi)用，以^或者服務(wù)提供商可以通過向 一個或多個第三方出售廣告內(nèi)容來收取費(fèi)用。
如此處所使用的，可以理解，術(shù)語"程序代碼"和"計(jì)算機(jī)程序代碼" 是同義詞并且表示一組指令的以任何語言、代碼或符號表示的任何表達(dá)， 旨在使具有信息處理能力的計(jì)算設(shè)備直接執(zhí)行特定的功能，或者執(zhí)行以下 兩者之一或全部后執(zhí)行特定的功能a)轉(zhuǎn)換為另一種語言、代碼或符號； 和/或b)以不同的材料形式再現(xiàn)。在此方面，程序代碼可以體現(xiàn)為以下項(xiàng)
中的一個或多個應(yīng)用/軟件程序、組件軟件/函數(shù)庫、操作系統(tǒng)、用于特定 計(jì)算和/或I/O設(shè)備的基本I/O系統(tǒng)/驅(qū)動器等。
出于示例和描述目的提供了對本發(fā)明的各方面的上述描述。其并非旨 在是窮舉的或?qū)⒈景l(fā)明限于所公開的精確形式，并且很顯然，許多修改和 變化都是可能的。這些對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說顯而易見的修改和變化旨 在被包括在如所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，所述發(fā)生器包括第一模擬噪聲源，其配置為產(chǎn)生第一模擬噪聲信號；第一轉(zhuǎn)換器，其連接到所述第一模擬噪聲源并配置為將所述第一模擬噪聲信號轉(zhuǎn)換為隨機(jī)數(shù)字時(shí)鐘信號，其中所述隨機(jī)數(shù)字時(shí)鐘信號定義了多個采樣周期的隨機(jī)序列；第二模擬噪聲源，其配置為產(chǎn)生與所述第一模擬噪聲信號異步的第二模擬噪聲信號；以及第二轉(zhuǎn)換器，其連接到所述第二模擬噪聲源和所述第一轉(zhuǎn)換器，并配置為對所述第二模擬噪聲信號進(jìn)行采樣以響應(yīng)所述隨機(jī)數(shù)字時(shí)鐘信號并產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)位流。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，其中所述第一和所述第二模擬噪 聲源是物理過程現(xiàn)象。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，還包括隨機(jī)數(shù)發(fā)生器輸出塊，其 連接到所述第一轉(zhuǎn)換器和所述第二轉(zhuǎn)換器，并配置為對第二轉(zhuǎn)換器隨機(jī)數(shù) 位流進(jìn)行采樣以響應(yīng)所述隨機(jī)數(shù)字時(shí)鐘信號并產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)發(fā)生器塊輸出。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，還包括連接在所述第二模擬噪聲 源與所述第二轉(zhuǎn)換器之間的放大器；其中所述第一轉(zhuǎn)換器是電壓時(shí)間轉(zhuǎn)換器；以及 其中所述第二轉(zhuǎn)換器是模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3的隨機(jī)M生器，其中所述第二轉(zhuǎn)換器是模擬數(shù)字 轉(zhuǎn)換器并且所述第一轉(zhuǎn)換器是偽噪聲源狀態(tài)機(jī)，還包括放大器，其連接在所述第二模擬噪聲源與所述第二轉(zhuǎn)換器之間； 電壓數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其連接在所述第一模擬噪聲源與所述偽噪聲源狀態(tài)機(jī)之間，所述電壓數(shù)字轉(zhuǎn)換器配置為產(chǎn)生到所述偽噪聲源狀態(tài)機(jī)的隨機(jī)第一種子以響應(yīng)所述第一模擬噪聲信號；以及過程變差數(shù)字放大器，其連接到所述偽噪聲源狀態(tài)機(jī)并配置為產(chǎn)生到 所述偽噪聲源狀態(tài)機(jī)的隨機(jī)第二種子；其中所述偽噪聲源狀態(tài)機(jī)配置為產(chǎn)生所述隨機(jī)數(shù)字時(shí)鐘信號以響應(yīng)所 述第一種子、所述第二種子以及過去偽噪聲機(jī)器狀態(tài)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，其中所述過程變差數(shù)字放大器包 括多個^:處理器芯片；其中所述過程變差數(shù)字放大器配置為將唯一隨機(jī)種子分配給所述多個 芯片中的每個芯片；以及其中所述過程變差數(shù)字放大器配置為根據(jù)多個所述唯一隨機(jī)種子來確 定所述第二種子。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，其中所述過程變差數(shù)字放大器還 配置為根據(jù)所述多個唯一隨機(jī)種子中的每個隨機(jī)種子的老化效應(yīng)來確定所 述第二種子。
8. —種隨機(jī)數(shù)發(fā)生方法，所述方法包括以下步驟產(chǎn)生第一模擬噪聲信號；將所述第 一模擬噪聲信號轉(zhuǎn)換為隨機(jī)數(shù)字時(shí)鐘信號，所述隨機(jī)數(shù)字時(shí)鐘信號包括多個采樣周期的隨機(jī)序列；產(chǎn)生與所述第一模擬噪聲信號異步的第二模擬噪聲信號；以及 對所述第二模擬噪聲信號進(jìn)行采樣以響應(yīng)所述隨機(jī)數(shù)字時(shí)鐘信號以便產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)位流。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的方法，還包括以下步驟第 一模擬噪聲源從第 一物理過程現(xiàn)象來產(chǎn)生所述第 一模擬噪聲信號；以及第二才莫擬噪聲源從第二物理過程現(xiàn)象來產(chǎn)生所述第二模擬噪聲信號。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的方法，還包括對所述隨機(jī)數(shù)位流進(jìn)行采樣以響 應(yīng)所述隨機(jī)數(shù)字時(shí)鐘信號以便產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)發(fā)生器塊輸出的步驟。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10的方法，還包括以下步驟 放大所述第二模擬噪聲信號；其中對所述第二模擬噪聲信號進(jìn)行采樣以產(chǎn)生所述隨機(jī)數(shù)位流的步驟 包括使用模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器裝置轉(zhuǎn)換所述放大的第二模擬噪聲信號的步驟； 以及其中將所述第 一模擬噪聲信號轉(zhuǎn)換為所述隨機(jī)數(shù)字時(shí)鐘信號的步驟包 括使用電壓時(shí)間轉(zhuǎn)換器裝置轉(zhuǎn)換所述第一模擬噪聲信號的步驟。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10的方法，還包括以下步驟 放大所述第二模擬噪聲信號；其中對所述第二模擬噪聲信號進(jìn)行采樣以產(chǎn)生所述隨機(jī)數(shù)位流的步驟 包括使用沖莫擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器裝置轉(zhuǎn)換所M大的第二模擬噪聲信號的步驟； 以及其中將所述第 一模擬噪聲信號轉(zhuǎn)換為所述隨機(jī)數(shù)字時(shí)鐘信號的步驟包 括以下步驟產(chǎn)生隨才幾第 一種子以響應(yīng)所述第一^f莫擬噪聲信號； 過程變差數(shù)字放大器裝置產(chǎn)生隨機(jī)第二種子；以及 偽噪聲源狀態(tài)機(jī)裝置產(chǎn)生所述隨機(jī)數(shù)字時(shí)鐘信號以響應(yīng)所述第一 種子、所述第二種子以及過去偽噪聲機(jī)器裝置狀態(tài)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述過程變差數(shù)字放大器裝置包 括多個微處理器芯片，所述方法還包括以下步驟將唯一隨機(jī)種子分配給所述多個芯片中的每個芯片；以及 根據(jù)多個所述唯一隨機(jī)種子來確定所述第二種子。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13的方法，還包括根據(jù)所述多個唯一隨機(jī)種子中 的每個隨才幾種子的老化效應(yīng)來確定所述第二種子的步驟。
全文摘要
在隨機(jī)數(shù)發(fā)生器中，第一轉(zhuǎn)換器將第一模擬噪聲信號轉(zhuǎn)換為隨機(jī)數(shù)字時(shí)鐘信號，并且第二轉(zhuǎn)換器對與所述第一模擬噪聲信號異步的第二模擬噪聲信號進(jìn)行采樣，以響應(yīng)所述隨機(jī)數(shù)字時(shí)鐘信號并產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)位流。在一個方面中，隨機(jī)數(shù)發(fā)生器輸出塊對第二轉(zhuǎn)換器隨機(jī)數(shù)位流進(jìn)行采樣以響應(yīng)所述隨機(jī)數(shù)字時(shí)鐘信號并產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)發(fā)生器塊輸出。在另一個方面中，偽噪聲源狀態(tài)機(jī)產(chǎn)生所述隨機(jī)數(shù)字時(shí)鐘信號以響應(yīng)從所述第一模擬噪聲信號產(chǎn)生的第一種子、從過程變差數(shù)字放大器產(chǎn)生的第二種子，以及過去機(jī)器狀態(tài)。
文檔編號G06F7/58GK101196807SQ200710186629
公開日2008年6月11日 申請日期2007年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月8日
發(fā)明者C·肖, D·I·金, J·金, M·J·金 申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司