用于監(jiān)控隨機(jī)發(fā)生器的輸出的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于監(jiān)控隨機(jī)發(fā)生器的輸出的方法。介紹了一種用于監(jiān)控隨機(jī)發(fā)生器（10）的輸出的方法和裝置，其中在采樣點(diǎn)（22，24，26）上的在時(shí)間上相繼的采樣值彼此進(jìn)行比較，以便識(shí)別出所述采樣值彼此間的關(guān)系。
【專利說(shuō)明】用于監(jiān)控隨機(jī)發(fā)生器的輸出的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于監(jiān)控隨機(jī)發(fā)生器的輸出的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于許多應(yīng)用都需要被稱作隨機(jī)元件的結(jié)果的隨機(jī)數(shù)。為了產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)采用所謂的隨機(jī)發(fā)生器。隨機(jī)發(fā)生器是提供隨機(jī)數(shù)序列的方法。隨機(jī)數(shù)的決定性準(zhǔn)則是生成的結(jié)果是否能被視為與以前結(jié)果無(wú)關(guān)。
[0003]例如，對(duì)于加密方法需要隨機(jī)數(shù)。例如使用隨機(jī)數(shù)來(lái)生成加密方法的密鑰。對(duì)這種密鑰提出了關(guān)于隨機(jī)特性的高要求。因此，偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器(pseudo random numbergenerators PRNG,例如通過(guò) LFRS (linear feedback shift register (線性反饋移位寄存器))來(lái)表示)并不適于此目的。只有真隨機(jī)數(shù)的發(fā)生器或TRNG (true random numbergenerator)滿足所提出的要求。在該真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的情況下，自然地利用噪聲過(guò)程，以便獲得不可預(yù)測(cè)的結(jié)果。常見(jiàn)的是如下噪聲發(fā)生器:所述噪聲發(fā)生器利用電阻或者半導(dǎo)體的熱噪聲或勢(shì)壘上(例如Pn結(jié)上)的散粒噪聲。另一可能性是利用同位素的放射性衰變。
[0004]“常規(guī)的”方法使用模擬元件、譬如電阻作為噪聲源，而近年來(lái)常常采用數(shù)字元件、譬如反相器。這些元件具有電路布局方面低開(kāi)銷的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)檫@些元件作為標(biāo)準(zhǔn)元件存在。
[0005]例如，公知的是采用環(huán)形振蕩器，所述環(huán)形振蕩器是電子振蕩器電路。在所述環(huán)形振蕩器的情況下，奇數(shù)數(shù)目的反相器被聯(lián)接成一個(gè)環(huán)，由此形成具有固有頻率的振蕩。固有頻率在此與該環(huán)中的反相器的數(shù)目、反相器的特性、聯(lián)接的條件(即線路電容)、工作電壓和溫度有關(guān)。通過(guò)反相器的噪聲形成相對(duì)于理想的振蕩器頻率的隨機(jī)相移，其被用作TRNG的隨機(jī)過(guò)程。要注意的是，環(huán)形振蕩器獨(dú)立地振蕩并且不需要外部部件、譬如電容器或者線圈。
[0006]利用隨機(jī)中的問(wèn)題通過(guò)如下方式形成:環(huán)形振蕩器必須盡可能在所期望的理想邊沿附近被采樣，由此獲得隨機(jī)的采樣值。為此，在Bock，H.、Bucci, Μ.、Luzzi, R.的公開(kāi)文獻(xiàn):An Offset-compensated OsciIlator-based Random Bit Source for SecurityApplications (CHES 2005年)中表明了一種可能性:如何通過(guò)采樣時(shí)刻的被調(diào)節(jié)的移位而始終在振蕩器邊沿附近進(jìn)行采樣。
[0007]由出版文獻(xiàn)EP I 686 458 BI公知一種用于借助環(huán)形振蕩器來(lái)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的方法，其中提供第一信號(hào)和第二信號(hào)，其中第一信號(hào)通過(guò)第二信號(hào)以被觸發(fā)的方式被采樣。在所描述的方法中，對(duì)環(huán)形振蕩器進(jìn)行多次采樣，其中始終僅僅利用不可逆的延遲、即偶數(shù)數(shù)目的反相器作為延遲元件。在此，振蕩器環(huán)從起點(diǎn)開(kāi)始總是在偶數(shù)數(shù)目的反相器之后同時(shí)或者相互延遲地被采樣。由此，可以省去采樣時(shí)刻的移位；代之以分析多次的采樣信號(hào)。
[0008]另一可能性在于使用多個(gè)環(huán)形振蕩器，如例如在Sunar，B.等人的公開(kāi)文獻(xiàn):AProveable Secure True Random Number Generator with Built In Tolerance to ActiveAttacksC IEEE Trans, on Computers，2007年I月)中被闡述的那樣。在這種情況下，不同環(huán)形振蕩器的多個(gè)釆樣值彼此鏈接并且被分析。當(dāng)滿足實(shí)現(xiàn)方案中的相對(duì)應(yīng)的前提時(shí)，以這種方式可以實(shí)現(xiàn)良好的隨機(jī)值?？上В璧腦OR邏輯運(yùn)算不能以所要求的高頻率工作，并且多次的環(huán)形振蕩器由于在芯片上的襯底耦合而并非彼此無(wú)關(guān)，這些環(huán)形振蕩器可能在頻率方面互相關(guān)聯(lián)，這也許是無(wú)害的，但是也在相位方面互相關(guān)聯(lián)，由此也許并不能實(shí)現(xiàn)所產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)的所期望的品質(zhì)。
[0009]能確定的是，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的公知電路的開(kāi)銷非常高?；蛘弑仨毷褂糜糜谑共蓸訒r(shí)刻移位的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)此外還可能易受攻擊并且使所生成的位彼此相關(guān)，或者必須并行處理非常多的采樣值；必要時(shí)還需要附加的延遲元件。此外，需要附加的緩慢的環(huán)形振蕩器。
[0010]在任何情況下都重要的是，監(jiān)控隨機(jī)發(fā)生器的輸出，以便能夠確定隨機(jī)發(fā)生器實(shí)際上是否提供隨機(jī)的輸出值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]在該背景下，介紹了一種具有權(quán)利要求1的特征的方法和一種根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置。擴(kuò)展方案由從屬權(quán)利要求和說(shuō)明書(shū)得到。
[0012]所介紹的方法能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)控隨機(jī)發(fā)生器的輸出。在此，在至少兩個(gè)采樣點(diǎn)上的在時(shí)間上相繼的采樣值彼此進(jìn)行比較。以這種方式可能識(shí)別出這些采樣值彼此間的關(guān)系。以這種方式識(shí)別出采樣值(如果存在)彼此間的關(guān)系。
[0013]該方法可以結(jié)合如下隨機(jī)發(fā)生器來(lái)實(shí)現(xiàn):該隨機(jī)發(fā)生器利用唯一的環(huán)形振蕩器來(lái)生成隨機(jī)數(shù)。在該情況下可以省去如例如由現(xiàn)有技術(shù)公知的用于進(jìn)行采樣的緩慢的環(huán)形振蕩器。此外，不需要附加的延遲(Delay)元件。
[0014]相繼的采樣值可以彼此進(jìn)行比較，以便識(shí)別出這些采樣值彼此間的關(guān)系。在此尤其是，當(dāng)兩個(gè)直接接連被檢測(cè)到的采樣值相等時(shí)(這意味著所有、例如3個(gè)位具有相同的值)，可能輸出警告。這不一定意味著存在錯(cuò)誤。只有在超過(guò)確定數(shù)目的警告時(shí)才假定有錯(cuò)誤。但是如果兩個(gè)相繼的采樣值并不相等，則計(jì)數(shù)器被復(fù)位，該計(jì)數(shù)器存儲(chǔ)多個(gè)警報(bào)。在另一擴(kuò)展方案中，不是直接相繼的采樣值、而是在分別固定數(shù)目η個(gè)采樣之后的采樣值被彼此進(jìn)行比較。為此，采樣值例如被存儲(chǔ)在特定的存儲(chǔ)器(例如FIFO (先進(jìn)先出(first infirst out)))中，所述特定的存儲(chǔ)器具有深度n并且分別在n個(gè)存儲(chǔ)過(guò)程之后輸出經(jīng)過(guò)η次采樣的值。由此也可以識(shí)別出在采樣時(shí)鐘(Abtasttakt)的頻率與振蕩器頻率之間的相關(guān)，這些相關(guān)并不通過(guò)彼此間的整數(shù)除數(shù)比(Teilerverhaeltnis)來(lái)確定。
[0015]此外，所介紹的方法還能夠?qū)崿F(xiàn)在線錯(cuò)誤識(shí)別，并且如果環(huán)形振蕩器不活動(dòng)或者與采樣頻率的時(shí)鐘互相關(guān)聯(lián)，則生成警告。利用警告的監(jiān)控可以在確定數(shù)目的警告之后主動(dòng)地影響振蕩器的頻率和/或也在其他數(shù)目的警告之后輸出錯(cuò)誤報(bào)告。
[0016]為了進(jìn)行監(jiān)控，在采樣點(diǎn)上的在采樣時(shí)刻的值可以與至少一個(gè)預(yù)給定的模式、例如(0，0，0)或者(1，1，1)進(jìn)行比較。在識(shí)別預(yù)給定的模式時(shí)，可以產(chǎn)生第一警告信號(hào)?？商鎿Q地或補(bǔ)充地，在兩個(gè)在不同時(shí)刻所存儲(chǔ)的采樣值之間有預(yù)給定的關(guān)系時(shí)可以產(chǎn)生和輸出第二警告信號(hào)。所述第二警告信號(hào)的激活可以在計(jì)數(shù)器中被計(jì)數(shù)。在達(dá)到至少一個(gè)閾值時(shí)接著可以觸發(fā)不同的動(dòng)作。隨著這些動(dòng)作，例如環(huán)形振蕩器的頻率可以改變。
[0017]用于執(zhí)行該方法的裝置包括能夠?qū)崿F(xiàn)相繼的采樣值的比較的裝置、譬如比較器。
[0018]隨機(jī)發(fā)生器在擴(kuò)展方案中包括環(huán)形振蕩器，該環(huán)形振蕩器包括多個(gè)進(jìn)行反相的元件的反饋串聯(lián)電路并且該環(huán)形振蕩器以第一頻率來(lái)振蕩。在此，與采樣信號(hào)同步地采樣。采樣信號(hào)的頻率可以根據(jù)如下另一信號(hào)來(lái)產(chǎn)生:所述另一信號(hào)以第二頻率振蕩或者由系統(tǒng)時(shí)鐘導(dǎo)出，即由用于例如在芯片上的另外的開(kāi)關(guān)元件的時(shí)鐘導(dǎo)出。環(huán)形振蕩器的進(jìn)行反相的元件中的至少兩個(gè)的輸出被存儲(chǔ)為多位(Mehrfachbit)采樣值。不同采樣時(shí)刻的多位采樣值中的至少兩個(gè)被存儲(chǔ)。根據(jù)瞬時(shí)多位采樣值與其他的所存儲(chǔ)的多位采樣值的比較生成第一輸出信號(hào)，該第一輸出信號(hào)在分析電路中被分析。
[0019]環(huán)形振蕩器可以具有奇數(shù)數(shù)目的進(jìn)行反相的元件，其中在至少兩個(gè)采樣點(diǎn)上分接(abgreifen)采樣值并且存儲(chǔ)至少兩個(gè)采樣點(diǎn)、通常在至少兩個(gè)采樣時(shí)刻的采樣值。
[0020]可設(shè)置的是，當(dāng)兩個(gè)多位采樣值相同時(shí)，生成第一輸出信號(hào)。此外還可以設(shè)置的是，分析電路是計(jì)數(shù)器，其中該計(jì)數(shù)器在第一輸出信號(hào)每次活動(dòng)時(shí)、即當(dāng)輸出信號(hào)的在確定的預(yù)給定時(shí)刻的值為“高”時(shí)被增加，而該計(jì)數(shù)器在第一輸出信號(hào)每次不活動(dòng)時(shí)、即當(dāng)輸出信號(hào)的值在所述的確定的預(yù)給定時(shí)刻為“低”時(shí)被復(fù)位到值0，而且根據(jù)計(jì)數(shù)器的一個(gè)或多個(gè)狀態(tài)值產(chǎn)生如下輸出信號(hào):所述輸出信號(hào)對(duì)環(huán)形振蕩器的頻率發(fā)生影響或者顯示錯(cuò)誤。
[0021]此外，當(dāng)至少一個(gè)多位采樣值對(duì)應(yīng)于至少一個(gè)預(yù)給定的位模式時(shí)，可以顯示第二輸出信號(hào)上的錯(cuò)誤。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)和擴(kuò)展方案由以下說(shuō)明書(shū)和所附的附圖得到。
[0023]應(yīng)理解的是，前面列出的和下面還要闡述的特征不僅可以以分別說(shuō)明的組合而且可以以其他組合或者可以單獨(dú)地被應(yīng)用，而不離開(kāi)本發(fā)明的范圍。
[0024]圖1示出了隨機(jī)發(fā)生器的一種實(shí)施方案。
[0025]圖2示出了錯(cuò)誤識(shí)別的一種可能性。
[0026]圖3示出了錯(cuò)誤識(shí)別的另一種可能性。
[0027]圖4示出了事件計(jì)數(shù)器。
[0028]圖5示出了帶有供電裝置(Versorgung)的環(huán)形振蕩器。
[0029]圖6示出了分頻器。
[0030]圖7示出了用于執(zhí)行所描述的方法的另一裝置。
[0031]圖8示出了采樣時(shí)鐘的變化過(guò)程。
【具體實(shí)施方式】
[0032]依據(jù)附圖中的實(shí)施例示意性地示出了本發(fā)明，并且以下參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明。
[0033]圖1示出了隨機(jī)發(fā)生器的一種實(shí)施方案，該隨機(jī)發(fā)生器總體上用參考數(shù)字10來(lái)標(biāo)明。該隨機(jī)發(fā)生器10包括環(huán)形振蕩器12，該環(huán)形振蕩器12具有NAND環(huán)節(jié)14和八個(gè)反相器18并且因此具有九個(gè)進(jìn)行反相的元件。由此，環(huán)形振蕩器12擁有奇數(shù)數(shù)目的進(jìn)行反相的元件。
[0034]環(huán)形振蕩器12可以以第一輸入20來(lái)起動(dòng)和停止。此外，該圖示示出了第一采樣點(diǎn)22、第二采樣點(diǎn)24和第三采樣點(diǎn)26。采樣率通過(guò)第二輸入28來(lái)預(yù)給定。這意味著，從第一采樣點(diǎn)22開(kāi)始總是在奇數(shù)數(shù)目的進(jìn)行反相的元件之后進(jìn)行采樣。第一采樣點(diǎn)22利用第一觸發(fā)器30來(lái)采樣，得到采樣值sO。第二采樣點(diǎn)24利用第二觸發(fā)器32來(lái)采樣，得到采樣值Si。第三采樣點(diǎn)26利用第三觸發(fā)器34來(lái)采樣，得到采樣值s2。第一觸發(fā)器30關(guān)聯(lián)有另一第四觸發(fā)器40。這履行存儲(chǔ)器功能并且輸出值sO’，該值sO’在時(shí)間上在值sO之前，即sO和sO’是第一采樣點(diǎn)22的在時(shí)間上相繼的采樣值。相對(duì)應(yīng)地，第二觸發(fā)器32關(guān)聯(lián)有第五觸發(fā)器42，該第五觸發(fā)器42輸出Si’，并且第三觸發(fā)器34關(guān)聯(lián)有第六觸發(fā)器44，該第六觸發(fā)器44輸出s2’。在兩個(gè)相繼的采樣點(diǎn)(22，24，26)之間分別存在奇數(shù)數(shù)目的進(jìn)行反相的元件。
[0035]基本上，環(huán)形振蕩器12因此可以由例如九個(gè)反相器14構(gòu)造。在此，反相器14之一可以通過(guò)NAND元件14替換，以便能夠使環(huán)形振蕩器12持續(xù)?？商鎿Q地，NAND元件14也可以通過(guò)NOR元件替換。
[0036]環(huán)形振蕩器12的值在所示的實(shí)施方案中在三個(gè)不同的反相器處同時(shí)分別被存儲(chǔ)在觸發(fā)器(FF)30、32、34中。分接點(diǎn)應(yīng)盡可能相同地分布在環(huán)形振蕩器12的元件上。因此，針對(duì)環(huán)形振蕩器12中的九個(gè)反相級(jí)的情況，在每三個(gè)進(jìn)行反相的元件之后設(shè)置分接點(diǎn)或采樣點(diǎn)22、24、26。
[0037]在環(huán)形振蕩器12中的反相器級(jí)的數(shù)目確定了振蕩器的頻率并且因此要被選擇為使得觸發(fā)器可以存儲(chǔ)相應(yīng)的信號(hào)值。當(dāng)使用盡可能高的振蕩器頻率時(shí)，要在邊沿附近進(jìn)行采樣的概率更高。因此，在振蕩器環(huán)中選擇盡可能小數(shù)目的反相器，但是還多到使得觸發(fā)器對(duì)于所實(shí)現(xiàn)的頻率而言能夠工作。針對(duì)ISOnm技術(shù)，模擬地已確定帶有九個(gè)反相器18的環(huán)形振蕩器12的頻率為大約1GHz。觸發(fā)器可以存儲(chǔ)在如已模擬地被證實(shí)的頻率下的信號(hào)值。
[0038]在每三個(gè)反相器級(jí)之后分別利用對(duì)信號(hào)的取反對(duì)采樣值的存儲(chǔ)不同于公知的解決方案。在那里，前提始終是兩個(gè)反相器級(jí)的延遲，即不對(duì)被延遲的信號(hào)取反。此外，相繼的采樣值在那里并不被彼此比較。
[0039]采樣信號(hào)可以從時(shí)鐘信號(hào)通過(guò)分頻來(lái)贏得，其中分頻值是整數(shù)的。此外，分頻值和進(jìn)行反相的元件的數(shù)目具有大于I的整數(shù)公倍數(shù)。
[0040]圖2示出了確定錯(cuò)誤的可能性。量sO 52、Si 54、s2 56進(jìn)入邏輯環(huán)節(jié)50中。如果s0=sl=s2，則輸出錯(cuò)誤信號(hào)58。
[0041]可表明的是，這三個(gè)輸出中分別只有一個(gè)信號(hào)可以包含隨機(jī)值。此外，在無(wú)錯(cuò)誤的情況下實(shí)際不可能的是，所有三個(gè)采樣值sO、S1、s2都具有相同的邏輯值。邏輯環(huán)節(jié)50 (所述邏輯環(huán)節(jié)50也可以被稱作檢驗(yàn)器和表示用于彼此比較在時(shí)間上相繼的采樣值的裝置60)檢查是否信號(hào)s0=sl=s2并且那么必要時(shí)輸出錯(cuò)誤信號(hào)58 error,其中error=(sO Λ si Λ s2) V(/s0 Λ /sl Λ /s2)，其中 “Λ” =邏輯與，“V” =邏輯或，并且 “/” =取反。
[0042]當(dāng)三個(gè)帶有輸出sO、sl或s2的觸發(fā)器之一具有錯(cuò)誤時(shí)，信號(hào)error例如為“I”。該錯(cuò)誤可以是由于缺陷引起的持久錯(cuò)誤，或者但是也可能由錯(cuò)誤攻擊引起。錯(cuò)誤攻擊在此是對(duì)TRNG有針對(duì)性的影響，該影響例如可通過(guò)電場(chǎng)、阿爾法粒子、中子或者通過(guò)激光輻射引起。重要的是識(shí)別這種攻擊并且對(duì)其作出反應(yīng)。
[0043]圖3示出了用于利用邏輯環(huán)節(jié)70來(lái)識(shí)別錯(cuò)誤的另一可能性，該邏輯環(huán)節(jié)70具有輸入sO 72、sl 74、s2 76、sO’ 78、sl’ 80和s2’ 82。警告信號(hào)86可作為輸出而被輸出。該可能性也被稱作警告發(fā)生器84。[0044]在該警告發(fā)生器的情況下考慮的是，根據(jù)圖1在3位采樣值s0、sl和s2的每次存儲(chǔ)時(shí)在三個(gè)另外的FF s0’、sl’和s2’中存儲(chǔ)在前的值。當(dāng)最后存儲(chǔ)的三個(gè)位值與事先所存儲(chǔ)的三個(gè)位值相同時(shí)，在警告發(fā)生器84中生成警告:
warning (警告)=(sO = sO') Λ (sl = s2') Λ (s2 = s2’)，其中“Λ”=邏輯與，而“三”=邏輯等價(jià)(XN0R)。
[0045]當(dāng)環(huán)形振蕩器沒(méi)有活動(dòng)時(shí)，那么例如輸出警告，因?yàn)槔缙鹗夹盘?hào)=0或者振蕩器由于其他原因未振蕩。
[0046]當(dāng)振蕩器頻率例如為采樣頻率的整數(shù)多倍時(shí)，那么也輸出警告。接著，始終在相同狀態(tài)下對(duì)振蕩器進(jìn)行采樣。在兩個(gè)頻率之間的相關(guān)可以是隨機(jī)的，由振蕩器頻率與系統(tǒng)時(shí)鐘之間的耦合效應(yīng)而引起(參見(jiàn)下文的觀察)或者是有針對(duì)性的影響的結(jié)果(頻率注入攻擊)。這種攻擊或者不想要的耦合也要被發(fā)現(xiàn)，并且當(dāng)可能時(shí)要被防止或者被克服。為此，示出了措施。如果在三個(gè)采樣位中恰好一個(gè)位不同，則在相對(duì)應(yīng)的采樣值上存在例如至少一個(gè)隨機(jī)值，因?yàn)椴蓸釉谶呇馗浇M(jìn)行。
[0047]但是，當(dāng)振蕩器頻率與采樣頻率的比僅略微不同于整數(shù)值時(shí)，那么也可生成警告。接著，可以多次輸出警告，而在這兩個(gè)頻率之間無(wú)需存在相關(guān)。因此，只有當(dāng)多次接連地通常超過(guò)預(yù)給定的數(shù)目地輸出警告時(shí)，才可能推測(cè)這兩個(gè)頻率之間的相關(guān)。
[0048]在振蕩器頻率與采樣頻率之間的相關(guān)可具有嚴(yán)重后果。如果采樣頻率例如由系統(tǒng)時(shí)鐘通過(guò)整數(shù)除法來(lái)形成并且如果芯片上的系統(tǒng)時(shí)鐘被用于開(kāi)關(guān)過(guò)程，則這種開(kāi)關(guān)過(guò)程可以產(chǎn)生周期性襯底電流，所述周期性襯底電流可影響振蕩器頻率。在最壞情況下，環(huán)形振蕩器與系統(tǒng)時(shí)鐘互相關(guān)聯(lián)，由此可丟失所有噪聲效應(yīng)、即抖動(dòng)并且由此丟失偶然。因此重要的是，在根據(jù)圖4的事件計(jì)數(shù)器(Event-Counter)中對(duì)警告進(jìn)行計(jì)數(shù)。
[0049]圖4示出了所謂的事件計(jì)數(shù)器100，該事件計(jì)數(shù)器110包括寄存器102，在該寄存器102中存放多個(gè)位。在該圖示中顯示了 LSB 104和MSB 106。第一輸入108輸入警告信號(hào)，第二輸入110輸入采樣時(shí)鐘Sample_Takt_dly。此處所使用的采樣(Sample)時(shí)鐘是如下時(shí)鐘:所述時(shí)鐘從采樣時(shí)鐘中通過(guò)延遲而贏得，例如延遲了一系統(tǒng)時(shí)鐘而贏得。這進(jìn)一步在圖8中示出。
[0050]在達(dá)到多個(gè)相繼的警告的第一閾值之后，第一輸出112輸出如下信號(hào):該信號(hào)可以被利用來(lái)改變振蕩器頻率。第二輸出114輸出當(dāng)相繼的警告的數(shù)目超過(guò)第二閾值時(shí)被生成的錯(cuò)誤信號(hào)。
[0051]事件計(jì)數(shù)器100在Warning=O的值的情況下被復(fù)位并且在Warning=I時(shí)被增加。如果事件計(jì)數(shù)器100例如達(dá)到值16并且因此達(dá)到第二閾值，則輸出錯(cuò)誤信號(hào)。此外，建議的是，例如已在事件計(jì)數(shù)器100的值8 (第一閾值)的情況下影響振蕩器的頻率，以便避免可能的相關(guān)。對(duì)振蕩器的頻率的這種影響可以通過(guò)如下方式來(lái)進(jìn)行:例如在環(huán)形振蕩器的至少一個(gè)反相器上的附加的電感被接上或者被斷開(kāi)或者改變環(huán)形振蕩器的供電電壓。供電電壓的這種改變可以例如通過(guò)如下方式來(lái)進(jìn)行:環(huán)形振蕩器的供電電壓線路中的電阻被接通、被關(guān)斷或者通常被改變。
[0052]在圖5中示出了該可能性，其中開(kāi)關(guān)被實(shí)施為P溝道晶體管。該圖示示出了環(huán)形振蕩器120,該環(huán)形振蕩器120帶有用于起動(dòng)的第一輸入122和用于米樣時(shí)鐘的第二輸入124。供電線路128中的電阻126可以利用P溝道晶體管130來(lái)跨接。因此存在環(huán)形振蕩器120的通常的電源132和電源134。該圖示闡明了振蕩器頻率受在環(huán)形振蕩器120的供電線路128中的被跨接的電阻126的影響可能性，在該情況下通過(guò)P溝道晶體管130來(lái)切換。但是，任意其他開(kāi)關(guān)也是可能的。此外，針對(duì)不同的第一閾值可考慮多個(gè)開(kāi)關(guān)。
[0053]如果警告Warning=O變?yōu)樵摯胧┑慕Y(jié)果,則事件計(jì)數(shù)器被復(fù)位。在相反情況下,事件計(jì)數(shù)器被進(jìn)一步增加，直至輸出Error。Error可以防止TRNG此外輸出值或者甚至可以使振蕩器停止。可考慮多個(gè)事件計(jì)數(shù)器值，對(duì)所述多個(gè)事件計(jì)數(shù)器值必要時(shí)采取不同的措施。
[0054]在許多根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)解決方案中嘗試通過(guò)如下方式避開(kāi)振蕩器頻率與采樣頻率之間的相關(guān):采樣頻率由另一環(huán)形振蕩器(通常具有較低頻率的環(huán)形振蕩器)來(lái)產(chǎn)生。然而由此并不能防止，不僅快速的環(huán)形振蕩器而且緩慢的環(huán)形振蕩器都與系統(tǒng)時(shí)鐘互相關(guān)聯(lián)。因此可以省去緩慢的環(huán)形振蕩器。當(dāng)確定相關(guān)并且可以對(duì)其發(fā)生影響、譬如通過(guò)改變振蕩器頻率發(fā)生影響時(shí)，采樣時(shí)鐘因此也可以通過(guò)分頻器從系統(tǒng)時(shí)鐘中贏得。根據(jù)圖6的用于從系統(tǒng)時(shí)鐘中贏得采樣時(shí)鐘的分頻器為此應(yīng)具有至少一個(gè)整數(shù)除數(shù)值。接著，可以利用前面所描述的方法發(fā)現(xiàn)相同振蕩器反相器級(jí)上的系統(tǒng)時(shí)鐘的直接相關(guān)。
[0055]但是如下相關(guān)也是可能的:在所述相關(guān)中，系統(tǒng)時(shí)鐘邊沿影響第一反相器級(jí)，并且另一經(jīng)過(guò)整流的(gleichgerichtet)系統(tǒng)時(shí)鐘邊沿影響第二反相器級(jí)。這例如可以通過(guò)如下方式來(lái)進(jìn)行:系統(tǒng)時(shí)鐘例如通過(guò)襯底電流而對(duì)整個(gè)振蕩器產(chǎn)生影響，但是僅僅其中恰好進(jìn)行狀態(tài)改變的反相器對(duì)于耦合效應(yīng)特別敏感。因此可以實(shí)現(xiàn)的是，前面所描述的第二反相器的位置相對(duì)于第一反相器級(jí)錯(cuò)移了兩個(gè)反相器地被布置。另一經(jīng)過(guò)整流的系統(tǒng)時(shí)鐘邊沿接著可以影響第三反相器級(jí)，該第三反相器級(jí)相對(duì)于第一反相器級(jí)錯(cuò)移了四個(gè)位置，依此類推?；ハ嚓P(guān)聯(lián)的頻率接著會(huì)與振蕩器頻率偏離了 2/9、4/9、依此類推。每第九個(gè)經(jīng)過(guò)整流的系統(tǒng)邊沿接著會(huì)又影響振蕩器中的相同位置。由此，對(duì)于系統(tǒng)時(shí)鐘的每第九個(gè)采樣值(s0,sl和s2)而言恰好會(huì)影響振蕩器中的相同位置。由此，當(dāng)會(huì)利用系統(tǒng)時(shí)鐘或者被整除過(guò)的系統(tǒng)時(shí)鐘來(lái)采樣時(shí)(參見(jiàn)圖5)，那么每第九采樣又會(huì)被聯(lián)系到振蕩器中的相同條件，SP在振蕩器中存在相同的信號(hào)電平并且由此存在相同的采樣值(s0，sl和s2)。
[0056]然而，當(dāng)分頻器的除數(shù)值是9的多倍時(shí)，則在該情況下也已可以在兩個(gè)相繼的采樣值之間生成警告。因此針對(duì)該情況也可以使用相同的用于識(shí)別相關(guān)的方法。因此非常有用的是，針對(duì)該除數(shù)比選擇9的多倍或環(huán)形振蕩器中的取反元件的數(shù)目的多倍。
[0057]由此節(jié)省了為了識(shí)別相關(guān)而對(duì)多個(gè)采樣值的存儲(chǔ)，如這在圖6中所闡明的那樣。圖6示出了分頻器150，所述分頻器150帶有用于系統(tǒng)時(shí)鐘的輸入152或者所謂的緩慢(slow)的振蕩器時(shí)鐘和用于采樣時(shí)鐘的輸出154，其中η=快速振蕩器中的取反裝置的數(shù)目以及m=在緩慢振蕩器中的取反裝置的數(shù)目。KGV標(biāo)明最小公倍數(shù)。適用:
除數(shù)比:1*n或者i*KGV (n, m)。
[0058]可以限于根據(jù)圖1的兩次存儲(chǔ)并且由此在根據(jù)圖3的上述情況下也生成警告。
[0059]在另一可考慮的情況下，系統(tǒng)時(shí)鐘的邊沿會(huì)影響第一反相器級(jí)，并且系統(tǒng)時(shí)鐘的相反指向的邊沿影響第二反相器級(jí)，所述第二反相器級(jí)相對(duì)于環(huán)形振蕩器中的第一反相器級(jí)僅錯(cuò)移了一個(gè)位置地被布置。在此，當(dāng)系統(tǒng)時(shí)鐘的工作循環(huán)為50%、即系統(tǒng)時(shí)鐘的低階段和高階段同樣長(zhǎng)時(shí)，則由此也可引起相關(guān):正邊沿影響環(huán)形振蕩器的第一反相器，而系統(tǒng)時(shí)鐘的負(fù)邊沿影響下一個(gè)反相器。然而，在分別九個(gè)經(jīng)過(guò)整流的邊沿或者18個(gè)邊沿之后總共在此也達(dá)到如在開(kāi)始那樣的相同情況。然而，當(dāng)分頻器的除數(shù)值對(duì)應(yīng)于9的多倍時(shí)，則此處也根據(jù)按照?qǐng)D3的相同方法識(shí)別出相關(guān)。在圖6中建議了分頻器的實(shí)現(xiàn)方案。
[0060]當(dāng)時(shí)鐘除數(shù)不是利用9的多倍或者圖1中的環(huán)形振蕩器12的進(jìn)行反相的元件的數(shù)目的多倍的除數(shù)比而是可根據(jù)圖6來(lái)選擇時(shí)，圖7示出了具有環(huán)形振蕩器202的隨機(jī)發(fā)生器200，該環(huán)形振蕩器202帶有FIFO 204、206和208。在該情況下，需要存儲(chǔ)多于僅兩個(gè)的采樣值并且始終將每個(gè)第九采樣值彼此進(jìn)行比較。為此目的，使用深度為9的FIFO (先進(jìn)先出存儲(chǔ)器)。該存儲(chǔ)器具有如下特性:在存儲(chǔ)存儲(chǔ)器值時(shí)始終輸出過(guò)去值的新存儲(chǔ)。因此，如果FIFO的所輸出的值與瞬時(shí)采樣值進(jìn)行比較，則當(dāng)不是使用根據(jù)圖1的采樣值而是使用按照?qǐng)D7的FIFO 204、206和208的輸出值時(shí)也可以根據(jù)圖3如前面所描述的那樣產(chǎn)生警告。
[0061]在所示的例子的另一實(shí)施方案中，F(xiàn)IFO的深度t和時(shí)鐘除數(shù)的除數(shù)值w也可以被使用，使得w*t對(duì)應(yīng)于進(jìn)行反相的元件的數(shù)目并且時(shí)鐘除數(shù)的除數(shù)比根據(jù)圖6可以用w除。
[0062]圖8示出了時(shí)鐘的變化過(guò)程，即系統(tǒng)時(shí)鐘250、采樣(sample)時(shí)鐘252和延遲過(guò)的采樣時(shí)鐘或sample_Takt_dly 254。圖8因此闡明了 Sample_Takt_dly相對(duì)于采樣時(shí)鐘和系統(tǒng)時(shí)鐘的示例性特性。延遲過(guò)的采樣時(shí)鐘可以根據(jù)采樣時(shí)鐘例如通過(guò)如下方式來(lái)贏得:采樣時(shí)鐘被饋入到利用系統(tǒng)時(shí)鐘來(lái)時(shí)鐘控制的觸發(fā)器中。
[0063]通常要考慮的是:環(huán)形振蕩器的瞬時(shí)值應(yīng)優(yōu)選地在至少三個(gè)位置處同時(shí)被存儲(chǔ)在觸發(fā)器中。環(huán)形振蕩器的相對(duì)應(yīng)的反相器的在其上進(jìn)行采樣的位置應(yīng)盡可能均勻地分布到環(huán)形振蕩器上，并且應(yīng)盡可能將奇數(shù)數(shù)目的取反級(jí)布置在兩個(gè)相鄰的采樣位置之間。所采樣的值與預(yù)給定的模式進(jìn)行比較:例如(0，0，0)或者(1，1，1)。在另一擴(kuò)展方案中，也可以在每個(gè)進(jìn)行反相的元件之后進(jìn)行采樣。環(huán)形振蕩器的采樣在擴(kuò)展方案中以如下頻率來(lái)進(jìn)行:該頻率通過(guò)分頻從系統(tǒng)時(shí)鐘中贏得并且所基于的除數(shù)比對(duì)應(yīng)于整數(shù)，其中該整數(shù)是振蕩器的包括NAND在內(nèi)的反相器級(jí)的數(shù)目的多倍。
[0064]可替換地，采樣時(shí)鐘也可以由緩慢的環(huán)形振蕩器通過(guò)分頻來(lái)生成。除數(shù)值應(yīng)該是整數(shù)的并且是在快速和緩慢振蕩器中的取反級(jí)的數(shù)目的KGV (最小公倍數(shù))的多倍。當(dāng)這種除數(shù)比不可能時(shí)(因?yàn)檫@例如過(guò)大)，那么也可以選擇較小的除數(shù)比。為了發(fā)現(xiàn)在不同位置上的上面所描述的相關(guān)，必須暫存數(shù)據(jù)，例如在FIFO (先進(jìn)先出)中暫存數(shù)據(jù)，如前面所描述的那樣。
[0065]在除數(shù)比中未考慮的因數(shù)X接著顯示，每個(gè)第X次采樣應(yīng)相互進(jìn)行比較，以便發(fā)現(xiàn)上面所描述的相關(guān)。FIFO接著應(yīng)具有X個(gè)存儲(chǔ)器元件的深度，即在FIFO中的輸入值在X個(gè)時(shí)鐘循環(huán)之后在FIFO的輸出上顯現(xiàn)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于監(jiān)控隨機(jī)發(fā)生器(10，200)的輸出的方法，其中，在至少兩個(gè)采樣點(diǎn)(22，24，26)上的在時(shí)間上相繼的采樣值彼此進(jìn)行比較，以便識(shí)別出采樣值彼此間的關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，隨機(jī)發(fā)生器(10，200)包括環(huán)形振蕩器(12，120，202)，所述環(huán)形振蕩器(12，120，202)具有奇數(shù)數(shù)目的進(jìn)行反相的元件，其中在至少兩個(gè)采樣點(diǎn)(22，24，26)上分接采樣值，并且存儲(chǔ)至少兩個(gè)采樣點(diǎn)(22，24，26)的采樣值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，在環(huán)形振蕩器(12，120，202)中，在至少兩個(gè)直接相繼的采樣點(diǎn)(22，24，26)之間分別存在奇數(shù)數(shù)目的進(jìn)行反相的元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，在采樣點(diǎn)(22，24，26)上的在采樣時(shí)刻的采樣值與至少一個(gè)預(yù)給定的模式進(jìn)行比較。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，在識(shí)別出預(yù)給定的模式時(shí)生成第一警告信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的方法，其中，在兩個(gè)在不同時(shí)刻所存儲(chǔ)的采樣值之間有預(yù)給定的關(guān)系時(shí)輸出第二警告信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，關(guān)于預(yù)給定的關(guān)系生成的第二警告信號(hào)的激活在計(jì)數(shù)器中被計(jì)數(shù)，并且在達(dá)到計(jì)數(shù)器的至少一個(gè)閾值時(shí)觸發(fā)至少一個(gè)動(dòng)作，并且其中當(dāng)?shù)诙嫘盘?hào)不活動(dòng)時(shí)，計(jì)數(shù)器被復(fù)位。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述至少一個(gè)動(dòng)作中的至少一個(gè)的目的在于改變環(huán)形振蕩器(12，120，202)的頻率。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8之一所述的方法，其中，在所有采樣點(diǎn)(22，24，26)上與至少一個(gè)采樣信號(hào)同步地同時(shí)分接。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，采樣信號(hào)從時(shí)鐘信號(hào)中通過(guò)分頻來(lái)贏得，其中分頻值是整數(shù)的。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，分頻值和在環(huán)形振蕩器(12，120，202)中的進(jìn)行反相的元件的數(shù)目具有大于I的整數(shù)公倍數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其中，分頻值能夠用環(huán)形振蕩器(12，120，202)中的進(jìn)行反相的元件的數(shù)目除。
13.一種用于監(jiān)控隨機(jī)發(fā)生器(10，200)的輸出的裝置，其具有用于將在采樣點(diǎn)(20，22，24)上的在時(shí)間上相繼的采樣值相互比較以便識(shí)別出采樣值彼此間的關(guān)系的裝置(60)，其中采樣值包括至少兩個(gè)位。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其被構(gòu)造用于將在采樣點(diǎn)(22，24，26)上的值與至少一個(gè)預(yù)給定的模式進(jìn)行比較。
15.根據(jù)權(quán)利要求13至14之一所述的裝置，其中，附加地設(shè)置事件計(jì)數(shù)器(100)。
【文檔編號(hào)】G06F11/32GK103514080SQ201310243320
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月20日
【發(fā)明者】E.貝爾 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司