用于使得實隨機數(shù)發(fā)生器的輸出序列穩(wěn)定的設(shè)備和方法
【專利說明】用于使得實隨機數(shù)發(fā)生器的輸出序列穩(wěn)定的設(shè)備和方法
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]該申請要求2014年2月12日提交的韓國專利申請第10-2014-0015806號的權(quán)益，通過引用將其由此全部合并在該申請中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明一般涉及用于使得實隨機數(shù)發(fā)生器的輸出序列穩(wěn)定的設(shè)備和方法，并更具體地，涉及用于使得在安全系統(tǒng)中使用的實隨機數(shù)發(fā)生器的輸出序列穩(wěn)定的設(shè)備和方法。
【背景技術(shù)】
[0004]用于生成輸出序列(關(guān)鍵(key)序列)的實隨機數(shù)發(fā)生器的核心是提供統(tǒng)計隨機性。一般來說，實隨機數(shù)發(fā)生器使用可從自然現(xiàn)象提取的不可預測的、不可復制的、并且非確定性的噪聲源。
[0005]使用模擬噪聲源的實隨機數(shù)發(fā)生器可由于周圍環(huán)境或裝置老化而生成有偏差的(biased)隨機數(shù)。
[0006]S卩，由于實隨機數(shù)發(fā)生器的特性每時每刻都在改變，所以輸出序列的熵可降低。
[0007]換言之，如果滿足周圍環(huán)境和條件，則這樣的實隨機數(shù)發(fā)生器生成無偏差的隨機數(shù)，但是如果周圍環(huán)境惡化或老化，則可生成具有特定圖案的可預測隨機數(shù)。在該情況下，使用可預測隨機數(shù)的安全系統(tǒng)變得易受到外部攻擊。
[0008]作為相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)，韓國專利申請公開第2004-0085608號(名為“Method andApparatus of Generating Random Number Using Electronic Circuit Noise，，)公開了這樣的技術(shù)，其提供適于使用包括電子電路的硬件實現(xiàn)的隨機數(shù)生成設(shè)備的統(tǒng)計隨機性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]因此，已在緊記現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的以上問題的情況下作出了本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的是提供用于通過調(diào)整隨機數(shù)發(fā)生器的輸入電壓或比較器的比較電壓、來使得實隨機數(shù)發(fā)生器的輸出序列穩(wěn)定的設(shè)備和方法。
[0010]根據(jù)實現(xiàn)以上目的的本發(fā)明的一個方面，提供了用于使得實隨機數(shù)發(fā)生器的輸出序列穩(wěn)定的設(shè)備，包括驗證單元，用于對比較單元所采樣并通過其輸出的隨機數(shù)值執(zhí)行單比特(monobit)測試，并計算沖擊(impact)值；和調(diào)整單元，用于使用該單比特測試的結(jié)果值和從該驗證單元輸出的沖擊值，來調(diào)整隨機數(shù)生成單元和該比較單元的任一個的電壓。
[0011]該驗證單元可使用以下單比特測試等式來執(zhí)行單比特測試:
[0012]X= (Ii0-1i1)Vn
[0013]其中X表示單比特測試的計算結(jié)果值，Iitl表示O的數(shù)目，Ii1表示I的數(shù)目，并且η表示比特總數(shù)。
[0014]當在單比特測試等式中(?-]^)大于O時，沖擊值可成為負(-)值，而當(?-]^)小于O時，沖擊值可成為正(+)值。
[0015]該調(diào)整單元可包括:模糊(fuzzy)函數(shù)單元，用于使用預置模糊函數(shù)使得來自該驗證單元的單比特測試的結(jié)果值模糊；模糊引擎單元，用于通過向模糊規(guī)則應(yīng)用來自模糊函數(shù)單元的模糊值，來執(zhí)行模糊推斷；和解模糊函數(shù)單元，用于將模糊引擎單元通過模糊集合所指示的模糊值變換為與所述模糊值對應(yīng)的數(shù)值。
[0016]該預置模糊函數(shù)可以包括卡方檢驗(ch1-square)分布的0.95和0.99的概率之間的值，并且相應(yīng)分布值是3.84和6.64。
[0017]該調(diào)整單元可輸出將從解模糊函數(shù)單元輸出的值與從驗證單元輸出的沖擊值相乘而獲得的值作為調(diào)整值。
[0018]根據(jù)實現(xiàn)以上目的的本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于使得實隨機數(shù)發(fā)生器的輸出序列穩(wěn)定的方法，包括:驗證單元對比較單元所采樣并通過其輸出的隨機數(shù)值執(zhí)行單比特測試，并計算沖擊值；和調(diào)整單元使用該單比特測試的結(jié)果值和該沖擊值，來調(diào)整隨機數(shù)生成單元和該比較單元的任一個的電壓。
【附圖說明】
[0019]根據(jù)結(jié)合附圖進行的以下詳細描述，本發(fā)明的以上和其他目的、特征和優(yōu)點將被更加清楚地理解，其中:
[0020]圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的用于使得實隨機數(shù)發(fā)生器的輸出序列穩(wěn)定的設(shè)備的配置圖；
[0021]圖2是示出了圖1中示出的調(diào)整單元的內(nèi)部配置的圖；
[0022]圖3是示出了圖2中示出的模糊函數(shù)單元的模糊函數(shù)的示例的圖；
[0023]圖4是示出了圖2中示出的模糊規(guī)則的示例的圖；
[0024]圖5是示出了圖2中示出的解模糊函數(shù)單元的解模糊函數(shù)的示例的圖；
[0025]圖6是圖示了來自圖1中示出的調(diào)整單元的調(diào)整值的圖；
[0026]圖7是圖示了經(jīng)由圖1中示出的比較單元的比較電壓的調(diào)整實現(xiàn)的輸出序列穩(wěn)定化方案的圖；
[0027]圖8是圖示了經(jīng)由圖1中示出的隨機數(shù)發(fā)生單元的輸入電壓的調(diào)整實現(xiàn)的輸出序列穩(wěn)定化方案的圖；和
[0028]圖9是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的用于使得實隨機數(shù)發(fā)生器的輸出序列穩(wěn)定的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0029]本發(fā)明可按照各種方式改變并可具有各種實施例，并且下面將參考附圖來詳細描述特定實施例。
[0030]然而，應(yīng)理解的是，那些實施例不意欲將本發(fā)明限于特定公開形式，并且它們包括本發(fā)明的精神和范圍中包括的所有改變、等效或變型。
[0031]本說明書中使用的術(shù)語僅用來描述特定實施例，并且不意欲限制本發(fā)明。單數(shù)表達包括復數(shù)表達，除非在上下文中特別指出了相反描述。在本說明書中，應(yīng)理解的是，諸如“包括”或“具有”的術(shù)語僅意欲指示存在特征、數(shù)字、步驟、操作、組件、部分、或其組合，并且不意欲排除將存在或添加一個或多個其他特征、數(shù)字、步驟、操作、組件、部分、或其組合的可能性。
[0032]除非進行了不同的定義，否則這里使用的包括技術(shù)或科學術(shù)語的所有術(shù)語和本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員一般理解的術(shù)語具有相同含義。與一般使用的字典中定義的術(shù)語相同的術(shù)語應(yīng)被解釋為和相關(guān)技術(shù)的上下文含義具有相同的含義，并且不被解釋為理想或過分正式的含義，除非它們在本說明書中進行了明確定義。
[0033]將參考附圖來詳細描述本發(fā)明的實施例。在本發(fā)明的以下描述中，貫穿這些圖使用相同的附圖標記來指定相同或相似元件，并且將省略相同組件的重復描述。
[0034]圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的用于使得實隨機數(shù)發(fā)生器的輸出序列穩(wěn)定的設(shè)備的配置圖。
[0035]根據(jù)本發(fā)明實施例的用于使得實隨機數(shù)發(fā)生器的輸出序列穩(wěn)定的設(shè)備包括隨機數(shù)發(fā)生單元10、比較單元20、存儲單元30、驗證單元40、調(diào)整單元50、和后處理單元60。
[0036]隨機數(shù)發(fā)生單元10是這樣的裝置，其包括作為模擬噪聲源、熱噪聲等的二極管以執(zhí)行放大。隨機數(shù)發(fā)生單元10輸出純模擬信號。隨機數(shù)發(fā)生單元10可包括初始化函數(shù)、輸出生成函數(shù)、更新函數(shù)等。初始化函數(shù)使用利用噪聲生成的熵輸入，來確定操作狀態(tài)的初始值。作為用來從輸出生成函數(shù)的內(nèi)部輸出生成函數(shù)生成輸出(隨機數(shù))的數(shù)據(jù)的操作狀態(tài)通過初始化函數(shù)生成，并且通過更新函數(shù)和輸出生成函數(shù)來更新。輸出生成函數(shù)使用該操作狀態(tài)來輸出隨機數(shù)。此外，為了防止預測性攻擊，更新函數(shù)向操作狀態(tài)添加新熵。該熵表示使用特定事件的結(jié)果的概率分布而確定的值。該熵越大，則越難以預測對應(yīng)變量成為哪個值，并由此可認為對應(yīng)變量的隨機性高。
[0037]比較單元20比較從隨機數(shù)生成單元10輸出的模擬信號(隨機數(shù)值)和特定電壓，并在每一預置周期采樣和輸出模擬信號。例如，比較單元20可標識并采樣“I”和“O”的比特圖案。
[0038]存儲單元30存儲比較單元20所采樣并輸出的隨機數(shù)值。例如，存儲單元30可存儲200000或更多比特。
[0039]驗證單元40在使用存儲單元30中存儲的隨機數(shù)值執(zhí)行單比特測試的同時，計算沖擊值。
[0040]這里，用于計算單比特測試的等式通過以下等式給出:
[0041]X= (H0-1i1)Vn
[0042]其中X表示所計算的單比特測試的結(jié)果值，Iitl表示O的數(shù)目，n i表示I的數(shù)目，而η表示比特總數(shù)。
[0043]此外，當在單比特測試等式中(η。-]!)大于0(零)時，沖擊值成為負(_)值，而當(H0-1i1)小于O時，沖擊值成為正(+)值。
[0044]即，驗證單元40對隨機數(shù)生成單元10生成的并且通過比較單元20和存儲單元30處理的隨機數(shù)序列(隨機數(shù))執(zhí)行單比特測試，并且計算I和O的分布。此外，驗證單元40使用上述方案獲得沖擊值。
[0045]調(diào)整單元50使用驗證單元40驗證的值(即，單比特測試的結(jié)果值和沖擊值)，來調(diào)整隨機數(shù)生成單元10或比較單元20的電壓。
[0046]后處理單元60對存儲單元30中存儲的隨機數(shù)進行后處理并輸出。
[0047]圖2是示出了圖1中示出的調(diào)整單元的內(nèi)部配置的圖，圖3是示出了圖2中示出的模糊函數(shù)單元的模糊函數(shù)的示例的圖，圖4是示出了圖2中示出的模糊規(guī)則的示例的圖，圖5是示出了圖2中示出的解模糊函數(shù)單元的解模糊函數(shù)的示例的圖，而圖6是圖示了來自圖1中示出的調(diào)整單元的調(diào)整值的圖。
[0048]調(diào)整單元50包括模糊函數(shù)單元51、模糊引擎單元52、和解模糊函數(shù)單元54。
[0049]模糊函數(shù)單元51使用預置模糊函數(shù)使得