专利名称：随机码发生器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种产生编码的装置，特别是一种随机码发生器。
目前用于加密控制的密码，有三种产生方式第一种是键盘输入，使用者必须准确记忆，不便于使用。第二种是固定密码，不用记忆，如磁卡、IC卡所采用的形式，这类密码很容易被仿制，安全性很低。第三类是增加某种加密算法，每次使用后更换新密码，但由于依赖于算法，在计算技术高度发达的今天，破译算法已不是很困难，因而其安全性也不令人满意。其后应用的伪随机码虽然也符合某些随机统计特性，但本质上仍具有一定的生成规律，掌握这个规律就可以由前一密码预测出后一密码，因而也是不安全的，不是真正的一次一密。真随机码相对于伪随机码的优点，是其在物理本质上即具有随机性。传统的真随机码产生方法是，选择一种噪声器件，如雪崩二极管，设计一种电子电路将其物理过程中产生的噪声进行放大限幅，变成一系列脉宽不等的脉冲序列。然后用一个非相关低频时钟去采样，就可得到一个随机数字序列。由于脉冲序列的脉宽是由雪崩效应的微幅噪声及具体电子电路的各种因素(如放大倍数，限幅阀值和工作点等)所决定的，因此为了使数字序列稳定保持良好的随机统计特性，往往需要采用温度补偿、恒温以及特殊设计稳定工作点的电路等技术措施，导致设备复杂、功耗大、体积大、不适合于制作单片集成电路，不适合于微小型装置及日常生活用电子产品。
本发明的目的在于克服伪随机码在安全性上的弱点和某些真随机码发生装置设备复杂、功耗大，体积大的弱点，设计一种适用于微小型装置和日常生活用电子产品的真随机码发生器。
本发明的技术方案是一种随机码发生器，其特征在于是由下列部分组成一个权电流发生器(1)，用于提供二进制数字信号；
一个多谐振荡器，用于产生频率变化的数字信号；一个移位寄存器，用于产生M序列二进制数码，其输入来自多谐振荡器；一个由或门组成的比较器，用于将所述的移位寄存器输出的M序列二进制数码转换成模拟信号，构成伪随机码，其输出端连接多谐振荡器，其输入端连接移位寄存器和权电流发生器的输出端；一个锁相环压控振荡器VCO，用于产生频率随输入电压变化的模拟信号，其输入端连接电源VDD；一个由D触发器构成的取样器，用于对锁相环压控振荡器VCO输出的信号进行取样，其输入端与锁相环压控振器VCO连接，取样脉冲来自于外部；一个由异或门构成的模拟开关，用于产生随机码信号，其输入端分别连接移位寄存器和取样器，其输出端分别连接多谐振荡器和向外部输出随机码序列信号。
本发明所采用的真随机码产生的方案基于一个随机跳频的振荡源，然后用一个不相关的低频时钟(来自于外部)去采样，就可以得到一个真随机的数字序列。
图1随机码发生器组成框图；图2随机码发生器的一个实施例电路图。
图中，(1)是权电流发生器。
参见图1，本发明的技术方案中，有一个权电流发生器(1)，它是一个由不同阻值的电阻器件组成的电阻网络，并连接直流电源VDD。它的作用是向比较器和移位寄存器提供不同电压的二进制数字信号。本发明的多谐振荡器是一个由异或门和电阻、电容组成的电路，在随机码发生器每次启动加电时开始振荡，并随着电压的逐步升高而输出频率随之变化的数字脉冲信号。这个呈非线性特征的串行数字脉冲信号，作为移位寄存器的控制信号，由多谐振荡器的输出端连接到移位寄存器的控制输入端。
移位寄存器在多谐振荡器的作用下，产生M序列的二进制数码。M序列二进制数码之间具有不相似性。
本发明的方案中，具有一个由或门组成的比较器，其作用是将移位寄存器输出的M序列二进制数码转换成模拟信号，从而构成伪随机码。
本发明的技术方案中，还包括一个锁相环压控振荡器(VCO)，为随机码发生器配备的直流电源VDD直接输入到锁相环中。由于每次启动时，VDD较前次使用时均有所下降，因而VCO在每次使用时的输出频率均较前次不同。即控制电压的非线性导致VCO输出频率不同。其输出信号进入双D触发器。
双D触发器的作用，是由从外部输入的取样脉冲信号CL对VCO输出的信号进行取样，然后将取得的信号输出到模拟开关。
本发明技术方案中的模拟开关由异或门组成，将从比较器输入的信号和从双D触发器输入的信号，进行逻辑运算后，成为真随机码，进而输出给外部使用。
本发明的技术方案，所输出编码的真随机性取决于以下因素1.多谐振荡器输出信号的非线性，以及在这个非线性信号作用下产生的M序列二进制数之间的不相似性。
2.锁相环压控振荡器中，控制电压的非线性，及其与取样脉冲(CL)发生时间随机性的结合。
3.模拟开关对以上两部分信号进行的逻辑运算，进一步增加了随机性，从而使其输出成为真随机码。
图2中给出了本发明的一个实施例电路图。
在本实施例中，均采用CMOS 400D系列集成电路。
其中，(1)为由不同阻值电阻元件构成的权电流发生器，连接直流电源VDD。并向比较器和移位寄存器提供所需的二进制数字信号。在本实施例中，多谐振荡器由异或门和电阻R1、电容C1组成，异或门选用4070四异或门芯片，其数据输入端3A(第8引出编)与模拟开关4070芯片的数据输出端1Y(第3引出端)连接，4B(第13引出端)与或门比较器4072芯片的第1引出端(1Y)连接。其第4引出端(2Y)输出到移位寄存器4015芯片的第9端(1CP)，第10引出端(3Y)输出的4015芯片的串行数据输入端1DS(第7端)。R1和C1的连接见图2。本实施例中，移位寄存器选用双4位移位寄存器4015芯片，其数据输出端1Q3、1Q2、1Q1、1Q0、2Q2、2Q1、2Q0分别同时连至权电流发生器和或门比较器。或门比较器选用双四输入或门芯片4072，其数据输出端1Y(第1引出端)连至多谐振荡器的数据输入端4B，2Y(第13引出端)反馈至数据输入端1D(第5引出端)。锁相环压控振荡器VCO选用4046芯片，其输入端VCOin(第9引出端)与直流电源VDD连接，输出端VCOout(第4引出端)连至双D触发器取样器。取样器选用双上升沿D触发器4013芯片，其数据输入端1D(第5引出端)连接VCO的第4引出端VCOout，原码输出端1Q和2Q(第1和第13引出端)分别连到模拟开关4070芯片的数据输入端2A、2B(第5、6引出端)，外部输入的取样脉冲CL连接在时钟1CP和2CP端(第3和第11引出端)。模拟开关选用四异或门4070芯片，其数据输入端1A、1B分别连接移位寄存器4015的2Q2和2Q1输出端(第11、12引出端)，2A、2B(第5、6引出端)分别连接取样器4013芯片的1Q和2Q端，数据输出端1Y连至多谐振荡器4070，2Y(第4引出端)即为随机码发生器的最终数据输出，输出随机码信号序列。
VDD为该实施例中配备的干电池直流电源。CL为从外部输入的取样脉冲信号。D为输出的真随机码序列信号。
上述连接只是一个例子。各集成电路的类型并不受此限制，允许选用功能类似的组件。
根据本发明设计的随机码发生器，具有体积小，功耗低，电路简单，和代码具有真随机性等优点。适合于制成单片集成电路，可用于微、小型装置和日用电子产品。
权利要求
1.一种随机码发生器，其特征在于是由下列部分组成一个权电流发生器(1)，用于提供二进制数字信号；一个多谐振荡器，用于产生频率变化的数字信号；一个移位寄存器，用于产生M序列二进制数码，其输入来自多谐振荡器；一个由或门组成的比较器，用于将所述的移位寄存器输出的M序列二进制数码转换成模拟信号，构成伪随机码，其输出端连接多谐振荡器，其输入端连接移位寄存器和权电流发生器的输出端；一个锁相环压控振荡器VCO，用于产生频率随输入电压变化的模拟信号，其输入端连接电源VDD；一个由D触发器构成的取样器，用于对锁相环压控振荡器VCO输出的信号进行取样，其输入端与锁相环压控振器VCO连接，取样脉冲来自于外部；一个由异或门构成的模拟开关，用于产生随机码信号，其输入端分别连接移位寄存器和取样器，其输出端分别连接多谐振荡器和向外部输出随机码序列信号。
全文摘要
本发明提供一种产生真随机码的原理和装置。它既可克服键入密码和固定密码不便记忆或易被仿制的缺点，又能改进根据算法产生的密码易被破译和某些真随机码设备复杂、体积大的不足。能产生真正随机的编码，并与随机发生的取码脉冲配合，以保证密码不能被破解或仿制，同时还具有体积小、功耗低的特点。适合于制成单片集成电路，应用于多种安全、保密领域。
文档编号H03M7/26GK1165436SQ97100489
公开日1997年11月19日 申请日期1997年2月5日 优先权日1997年2月5日
发明者石易 申请人:石易