【摘 要】
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随着信息技术的不断发展，云计算和大数据时代已经到来。信息安全问题日益凸显，加密技术和安全加密芯片将发挥越来越大的作用。真随机数由于具有不可预测、非周期性，在信息安全领
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随着信息技术的不断发展，云计算和大数据时代已经到来。信息安全问题日益凸显，加密技术和安全加密芯片将发挥越来越大的作用。真随机数由于具有不可预测、非周期性，在信息安全领域被广泛使用。真随机数发生器是加密技术和安全加密芯片中不可或缺的组件，高速、高性能真随机数发生器是高性能安全芯片的基石。 真随机数发生器的实现方法一般有三种：噪声直接放大法，振荡器采样法，离散混沌电路法。噪声直接放大方法，由于噪声幅度非常小，需要高增益的运放进行放大，而放大器有限的带宽和失调会使随机特性变差；离散混沌开关网络电路太过复杂，很难同时满足高速和低功耗的目标，同时这种电路还存在稳定性问题；基于振荡器采样结构的随机数发生器，利用振荡器中的时序抖动作为随机源，经采样输出再进行后处理，进而得到随机序列。这种电路结构简单，容易集成到数字处理器中。此外，由于不需要高耗能的放大器等模拟部件，不但使电路分析变得简单，也有利于实现低功耗设计。 基于此，本文设计实现了一款基于振荡器采样结构的真随机数发生器，并完成了随机性测试。该随机数发生器由熵源、采样电路和后处理电路三部分组成。熵源由互为质数的4条环形振荡器链和异或门组成，充分利用了振荡器的相位抖动；简单而有效的冯诺依曼矫正器削除了熵源输出比特位间的偏置性。此外，设计了一种精巧的扩散函数作为后处理电路，使输出序列满足均匀分布的统计特性。该 TRNG输出比特流通过了Diehard及NIST SP800-22测试软件包的验证，输出比特率高达20Mbps。典型工作电压为3.3V，功耗为0.75mW，芯片面积为0.0135mm2。因其具备高速度、低功耗的特点，可广泛应用在高速片上加密系统中。
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