基于多源振荡器和AES算法的TRNG设计与实现

发布时间：2020-05-13 17:54

【摘要】：随机数发生器在通信安全和密码学等领域有广泛的应用。随机数发生器所生成的随机数,其随机性、不可预测性对通信安全有着重要的价值,密钥管理、加密算法和通信协议等应用领域都需要使用随机数。产生随机数的器件称为随机数发生器,广泛应用的是伪随机数发生器。伪随机数发生器通过算法进行数学递推得到随机序列,存在随机性差和密钥种子容易被盗取的缺点。伪随机数发生器的此种缺陷,导致其无法应用在军事通信、安全芯片等安全级别要求高的系统中。TRNG(True Random Number Generator)真随机数发生器利用自然物理过程中的热噪声、闪烁噪声等随机噪声,产生的真随机序列具有更好的随机性和不可预测性。本文对真随机发生器原理方法和检测评估方法进行了深入的研究与分析。基于多源振荡器和AES(Advanced Encryption Standard)加密算法,提出一种真随机数发生器。首先利用H-FIRO、H-RO、H-GARO三种不同类型的振荡器作为TRNG真随机数发生器系统的噪声源,通过混合三种不同特性的噪声,从系统的噪声源头改善了系统的随机特性和不可预测性。对振荡信号的随机采样生成随机信号,使用线性反馈移位寄存器和冯诺依曼校正器等组成的硬件电路对随机信号进行预处理,消除外部干扰导致的随机序列偏差和自相关性。经过预处理后产生的随机序列作为密钥“种子”,使用AES加密算法利用密钥种子进行安全加密处理,最终得到高质量、高安全性的真随机数。本文设计的真随机数发生器,通过大规模集成电路集成在嵌入式芯片中。经过了实际的大量随机数测试,产生的真随机序列达到了NIST-SP800-22国际标准。基于多源振荡器和AES算法的真随机数发生器,能够有效的提高系统和芯片的安全性,在保密通信、芯片加密等领域有十分重要的应用价值。
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN918.4

【参考文献】

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本文编号：2662317