专利名称：一种基于混沌电路的真随机信号发生装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及通信、信息加密和蒙特卡罗计算等电子领域，尤其是涉及一种基于混沌电路的真随机信号发生装置。
技术背景在信息安全系统工程中，密码技术是保护信息安全最关键的技术和最基本的手段，而随机序列是所有密码技术的基石。正如著名的密码学家BruceSchneier所说在密码技术的六要素，即对称加密、消息验证密码、公开密钥加密、单向散列函数、数字签名方案和随机序列中随机序列是谈论最少的密码学问题，但没有哪个问题比这个问题更重要。密钥管理、密码学协议、数字签名、身份认证，几乎每一个密码系统都要用到随机序列。而真随机数发生器以其不可预见性与不可复制性将在密码技术领域产生不可替代的巨大作用。相比于伪随机数发生装置的研究而言，真随机数发生装置的研究还相当初步。设计一个真随机数发生器包括两步首先是获取真随机源；然后是利用真随机源依照特定的数学方法获得真随机数。由于随机序列在密码技术中显而易见的重要性，许多密码学研究者为了设计出优良的随机数发生装置进行了各种可能的尝试，也在一定程度上满足了应用的需要。国内外学者的研究中有许多方案，比如利用硬件电路产生热噪声、通过构建一个混沌电路来产生随机序列、采用系统调用的方法来获取系统进程和线程的随机特性。目前已有一些基于物理噪声源的真随机数发生器的专利及产品问世。如WNG系列采用物理噪音源，通过采样电路处理的高性能真随机数产生器芯片，随机序列产生速率有100Kbps-20Mbps几种。Quantis RNG是瑞士 IDQ公司2010年4月推出的的基于量子物理的真随机数发生装置，包含一个量子光学过程，相比传统物理源更低成本高效率，随机数产生速率最高可达16Mbps。除了信息安全领域，随机数(随机序列)在其它不同的领域有许多不同类型的应用。如果应用对随机性要求不是很高，选择任何随机数产生方法都可以。但如涉及到很重要的内容，如政治经济利益、计算机系统安全、高度机密信息等就会对随机性提出很高要求。在信息安全领域内，所有公开的加密算法的安全性都依赖于密钥的安全性，而密钥的安全性则和随机数密切相关。除了作为信息安全核心的加密算法外，网络通信中还广泛使用了各种安全协议。在这些协议中，为了进行身份认证，避免重放攻击等，也需要加入随机数，真随机数发生器无疑有着广阔的应用前景。目前真随机数发生器的主要研究方向有更高的产生速率、更好的随机数质量、更合理的输出方式等。其中产生速率和随机数质量很大程度上取决于选取的随机源，比如基于光学量子学的随机数发生器通常产生速率较快。现有技术的真随机发生器采用串行，就是说数据传输时间上有先后，空间上只用一条线路。串行传输距离远，但实时性差。
发明内容[0007]针对现有技术 的上述缺陷，本实用新型提供了一种采用并行输出方式的基于混沌电路的真随机信号发生装置。本实用新型所述的一种基于混沌电路的真随机信号发生装置，包括设置在壳体内的混沌电路、信息处理电路、模拟电路、数字电路、真随机数发生器、频谱仪和至少两个示波器；所述的频谱仪与混沌电路相互电连接，用于射频和微波信号的频域分析；所述的示波器与混沌电路相互电连接，用于显示混沌电路的波形； 所述的混沌电路与信息处理电路相互电连接；所述的信息处理电路与真随机数发生器相互电连接。更具体地，所述的混沌电路是利用震荡电路产生混沌信号。可选的，所述的模拟电路和数字电路均连接有电压比较器，用于产生波形和变换电路。可选的，还包括有与模拟电路和数字电路相互电连接的反相放大器，用于信号输入反向。可选的，还包括与反相放大器相互电连接的触发器，用于输出比特流并输出随机
数信号。可选的，所述真随机数发生器是采用并行输出的方式。本实用新型选用混沌系统作为随机信号源，混沌系统具有良好的初值敏感性和长时间发展趋势的不可预见性。混沌研究表明，一个完全确定的系统，即使非常简单，由于系统内部的非线性作用，同样具有内在的随机性，可以产生随机的非周期运动——混沌。混沌的这种特性正符合了我们对一个真随机源的基本预期，是良好的随机数源，可通过获取混沌系统中某些非线性元件两端的电压进行数据采样。本实用新型所述的真随机信号发生装置采用并行输出的方式，并行就是数据传输时间上同时进行，空间上用多条线路。并行传输实时性好，而且同时输出多路随机数可进行多通道速率的累积，极大地加快了随机数的产生速率及可拓展性。由上可见，应用本实用新型实施例的技术方案，能获得良好的随机数源，且随机数产生的速率快，可拓展性强。
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的不当限定，在附图中图I为本实用新型提供的一种基于混沌电路的真随机信号发生装置的单路输出测试电路的电路原理图；图2为本实用新型提供的一种基于混沌电路的真随机信号发生装置的单路输出测试电路的电路方框示意图。附图中标记分述如下101、混沌电路；1000、示波器；1001、频谱仪；1002电压比较器；1003、数字电路；1004、模拟电路；1005、反相放大器；1006、触发器。
具体实施方式
[0025]下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，在此本实用新型的示意性实施例以及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。如图I所示，主要硬件部分包括在所述真随机信号发生装置的壳体内搭建了混沌电路101、信息处理电路以及一个真随机数发生器。混沌电路101是由左侧的震荡电路完成，MOSFET管Q2与电阻R2(35Q)、R3(400欧姆)、电感L2(98. 5μΗ)并串联，和Cl (O. I μ F)、C2 (O. IF)、C3 (54nF)、C4 (54nF)并联构成，电源提供12V电压供电，MOSFET管MSL基极和电容C4 一端接地，R3 一端管脚连接VEE-12V的电压。同时MOSFET管并联示波器XSCl和示波器XSC2方便观察混沌电路101所产生的波形，同时接入频谱仪XSAl用于射频和微波信号的频域分析，包括测量信号的功率，频率，失真产物等等。电容Cl 一端管脚并联电阻Rl(IkQ)做反相放大器LM393AD负极输入，同时电阻R4(lkQ) —端接地作为反相放大器LM393AD正极输入。放大器经过12V电源供电，输入端串联电阻R5 (Ik Ω )并和输入端正极并联电阻R6(5kQ)产生输出。输入接入二极管Dl、D2接地，并且再通过R7 (2k Ω)接入一个反相放大器AD826AN负极输入，R9 (IkQ)接地作为正极输入端，经过12V电源供电，输出端连接输出比特流的触发器74HC74D_6的2D号管脚。比特流触发器74HC74D_62的CLK管接入5V的100k Hz的交变电源，2Q管脚输出的即是随机信号。如图2所示，两个示波器1000用来显示混沌电路101的波形；频谱仪1001用于射频和微波信号的频域分析，包括测量信号的功率，频率，失真产物等等。混沌电路101，利用震荡电路产生混沌信号。电压比较器1002用来模拟电路和数字电路的接口，还可以用作波形产生和变换电路等。反相放大器1005用于将信号输入反向。触发器1006，输出O或者I的随机比特流，并最终输出真随机数。上述的示波器1000与频谱仪1001分别与混沌电路101电连接；上述混沌电路101与电压比较器1002电连接；上述电压比较器1002分别与数字电路1003以及模拟电路1004电连接，上述数字电路1003与模拟电路1004分别与反相放大器1005电连接；所述反相放大器1005与触发器1006电连接。本实用新型选用混沌系统作为随机信号源，混沌系统具有良好的初值敏感性和长时间发展趋势的不可预见性。混沌研究表明，一个完全确定的系统，即使非常简单，由于系统内部的非线性作用，同样具有内在的随机性，可以产生随机的非周期运动——混沌。混沌的这种特性正符合了我们对一个真随机源的基本预期，是良好的随机数源，可通过获取混沌系统中某些非线性元件两端的电压进行数据采样。软件部分本实用新型中主要应用到软件实现的部分为信号处理系统的算法程序以及结合混沌系统在计算机上进行仿真，并没有要求难度特别高的软件实现，用到的主要工具有C++语目、汇编语目、Pspice、LabVIEff等。硬件部分本实用新型中硬件实现为设计并制作PCB板，同时可结合一定的Quartus II设计逻辑电路。相关软件的操作与使用均可通过网络和书籍等方式学习掌握。以上对本实用新型实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本实用新型实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例，在具体实施方式
以及应用范围上均 会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
权利要求1.一种基于混沌电路的真随机信号发生装置，其特征是包括设置在壳体内的混沌电路、信息处理电路、模拟电路、数字电路、真随机数发生器、频谱仪和至少两个示波器； 所述的频谱仪与混沌电路相互电连接，用于射频和微波信号的频域分析； 所述的示波器与混沌电路相互电连接，用于显示混沌电路的波形； 所述的混沌电路与信息处理电路相互电连接； 所述的信息处理电路与真随机数发生器相互电连接。
2.根据权利要求I所述的基于混沌电路的真随机信号发生装置，其特征是所述的模拟电路和数字电路均连接有电压比较器，用于产生波形和变换电路。
3.根据权利要求I所述的基于混沌电路的真随机信号发生装置，其特征是还包括有与模拟电路和数字电路相互电连接的反相放大器，用于信号输入反向。
4.根据权利要求I所述的基于混沌电路的真随机信号发生装置，其特征是还包括与反相放大器相互电连接的触发器，用于输出比特流并输出随机数信号。
专利摘要本实用新型公开了一种基于混沌电路的真随机信号发生装置，特别适用于通信、信息加密、蒙特卡罗计算等方面。包括混沌电路、信息处理电路、模拟电路、数字电路、真随机数发生器、频谱仪和至少两个示波器；混沌电路与信息处理电路电连接，信息处理电路与真随机数发生器电连接。所述真随机数发生器采用并行输出的方式。应用本实用新型实施例的技术方案，能获得良好的随机数源，并且随机数产生的速率快，可拓展性强。
文档编号G06F7/58GK202362767SQ20112052474
公开日2012年8月1日 申请日期2011年12月15日 优先权日2011年12月15日
发明者徐融, 戴佳捷 申请人:徐融, 戴佳捷