專利名稱：利用亞穩(wěn)態(tài)鎖存器生成隨機(jī)數(shù)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與下面兩件專利申請相關(guān)2000年3月6日提交的美國專利申請No.09/519,549，題為“Method and Apparatus forGenerating Random Numbers Using Flip-Flop Meta-Stability”，和2001年7月25日提交的美國專利申請No.09/912,685，題為“Method and Apparatus for Decorrelating a Random NumberGenerator Using a Pseudo-Random Sequence”，這兩件申請均轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人并在本申請中引用作為參考。
本發(fā)明涉及隨機(jī)數(shù)生成，更具體地說，涉及利用鎖存器的亞穩(wěn)態(tài)特性生成隨機(jī)數(shù)的方法和裝置。
鎖存器和觸發(fā)器廣泛地應(yīng)用在計(jì)算機(jī)和其他電子設(shè)備，如采樣、計(jì)數(shù)和存儲元件中。

圖1示出了一種傳統(tǒng)的R-S鎖存器100。如圖1中所示，R-S鎖存器100包括兩個(gè)NOR門110和120。這兩個(gè)NOR門110和120的輸出交叉連接到相對的NOR門的相應(yīng)輸入。這樣，NOR門110接收NOR門120的輸出和復(fù)位信號R作為輸入。類似地，NOR門120接收NOR門110的輸出和置位信號S作為輸入。圖2中的表格200示出了對于每種不同的輸入組合，R-S鎖存器100的輸出。
這樣，當(dāng)圖1中的鎖存器100的兩個(gè)輸入端均被設(shè)置為高邏輯值(“11”)，且隨后轉(zhuǎn)換為兩個(gè)輸入端均為低值(“00”)的狀態(tài)時(shí)，該鎖存器100易于出現(xiàn)亞穩(wěn)定性。這種轉(zhuǎn)換有時(shí)會引起鎖存器的輸出以統(tǒng)計(jì)學(xué)上已知的方式發(fā)生無法預(yù)知的振蕩。關(guān)于亞穩(wěn)定性的詳細(xì)討論，例如可參見Application Note，A Meta-Stability Primer，AN219，Philips Semiconductor(1989年11月15日)，在此引用作為參考。理論上，鎖存器100可以無窮地振蕩。但實(shí)際上，鎖存器100會隨機(jī)地達(dá)到一個(gè)或者邏輯低或者邏輯高的隨機(jī)輸出值。通常，這些亞穩(wěn)態(tài)值隨后在給定的應(yīng)用中被其他電路檢測，并且可以被解釋為不同的邏輯電平狀態(tài)，或呈現(xiàn)可能被其他邏輯門錯(cuò)誤解釋的中間狀態(tài)。
很多應(yīng)用和電子設(shè)備需要隨機(jī)數(shù)，包括機(jī)會游戲，例如撲克、輪盤機(jī)和老虎機(jī)。尤其是，許多密碼算法和協(xié)議依賴于不可預(yù)測的隨機(jī)數(shù)源，來實(shí)現(xiàn)安全的電子通信等等。隨機(jī)數(shù)發(fā)生器應(yīng)該生成指定的數(shù)字范圍內(nèi)的每一種可能的排列。另外，隨機(jī)數(shù)發(fā)生器不應(yīng)該被偏置，其應(yīng)當(dāng)以和其他任何數(shù)目相同的概率來生成任何給定的數(shù)目。另外，隨機(jī)數(shù)發(fā)生器應(yīng)該生成不可預(yù)測的隨機(jī)數(shù)，而不考慮先前結(jié)果的集合的大小。這樣，隨機(jī)數(shù)應(yīng)該是完全不可預(yù)測的，并且不易受外部因素的影響。
2000年3月6日提交的題為“Method and Apparatus forGenerating Random Numbers Using Flip-Flop Meta-Stability”的美國專利申請No.09/519,549公開了利用觸發(fā)器的亞穩(wěn)態(tài)特性生成隨機(jī)數(shù)的方法和裝置。觸發(fā)器采用有意破壞觸發(fā)器的建立或保持時(shí)間(或這二者)的輸入作為時(shí)鐘信號來確保亞穩(wěn)態(tài)特性。每當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)誤差時(shí)收集一位。如果對于給定一類的觸發(fā)器，亞穩(wěn)定性隨著一個(gè)二進(jìn)制值(零或一)出現(xiàn)得更頻繁，則通過將一半的零“標(biāo)記”為“一”而將另一半的零標(biāo)記為“零”，獲得了均勻的隨機(jī)數(shù)分布。另外，將一半的一標(biāo)記為“一”而將另一半的一標(biāo)記為“零”。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，亞穩(wěn)定性的持續(xù)時(shí)間和出現(xiàn)可能受到噪聲的影響。因此，可以利用噪聲來影響隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的輸出。2001年7月25日提交的題為“Method and Apparatus for Decorrelating a RandomNumber Generator Using a Pseudo-Random Sequence”的美國專利申請No.09/912,685公開了一種基于亞穩(wěn)定性的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，其利用線性反饋移位寄存器(LFSR)來降低相關(guān)的幾率，并減少輸出的任意偏置。
盡管這些基于觸發(fā)器亞穩(wěn)態(tài)特性的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器提供了僅利用數(shù)字技術(shù)生成隨機(jī)數(shù)的有效機(jī)制，但是它們均采用單個(gè)觸發(fā)器，因而必須假定知道輸出應(yīng)該是什么。需要這樣一種隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，它僅利用數(shù)字技術(shù)但不需要關(guān)于輸出的任何假定。
總地來說，本發(fā)明公開了利用鎖存器的亞穩(wěn)態(tài)特性生成隨機(jī)數(shù)的方法和裝置。每當(dāng)鎖存器變成亞穩(wěn)態(tài)時(shí)，對于振蕩停止后達(dá)到的結(jié)果或邏輯值，振蕩的結(jié)果是隨機(jī)的。如果鎖存器的輸出與鎖存器在正確操作期間所能達(dá)到的值不同(即，發(fā)生“錯(cuò)誤”)，則能檢測到亞穩(wěn)態(tài)事件。當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上基本上相同的鎖存器并行地操作時(shí)，在至少其中兩個(gè)鎖存器具有不同的輸出時(shí)可以檢測到錯(cuò)誤。根據(jù)本發(fā)明，對錯(cuò)誤的檢測可用來觸發(fā)隨機(jī)位的生成。
如前面所述，當(dāng)鎖存器的兩個(gè)輸入端均被設(shè)置為高邏輯值(“11”)，且隨后轉(zhuǎn)換為兩個(gè)輸入端均為低值(“00”)的狀態(tài)時(shí)，該鎖存器易于出現(xiàn)亞穩(wěn)定性。本發(fā)明并行地操作多個(gè)鎖存器，并向每個(gè)鎖存器的每個(gè)輸入施加相同的二進(jìn)制值。這樣，當(dāng)向每個(gè)鎖存器施加值“00”時(shí)，這些鎖存器將預(yù)期保持其先前的狀態(tài)。但是當(dāng)對于每個(gè)鎖存器，在值“11”之后是兩個(gè)輸入端均為低值(“00”)的狀態(tài)時(shí)，這些鎖存器的狀態(tài)可能是不確定的，在穩(wěn)定在邏輯低或高的隨機(jī)輸出值上之前引起隨機(jī)移位。這樣，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)兩個(gè)鎖存器穩(wěn)定到不同的值時(shí)，可以識別出錯(cuò)誤，從而觸發(fā)隨機(jī)位的生成。
通過參考下面的詳細(xì)說明和附圖，可以更完整地理解本發(fā)明和本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)。
圖1示出了傳統(tǒng)的R-S鎖存器；圖2的表格示出了對于每種輸入組合，圖1的R-S鎖存器的各種輸出值；圖3A和圖3B共同示出了根據(jù)本發(fā)明的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器；圖4示出了圖3A和圖3B的電路產(chǎn)生的一組波形；以及圖5示出了可用在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的選擇電路，用來在使用多個(gè)鎖存器時(shí)檢測亞穩(wěn)態(tài)事件。
圖3A和圖3B共同示出了根據(jù)本發(fā)明的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器300。如圖3所示，該示例性隨機(jī)數(shù)發(fā)生器300包括被驅(qū)動至亞穩(wěn)態(tài)區(qū)的一對鎖存器320-1，320-2。如下面更充分地討論的，鎖存器320-1，320-2的輸出通過一個(gè)電路被捕獲，該電路消除了所述亞穩(wěn)定性并對輸出進(jìn)行比較。當(dāng)所述基本上相同的鎖存電路的兩個(gè)輸出不同時(shí)，檢測到“錯(cuò)誤”并且產(chǎn)生隨機(jī)位。這樣，鎖存器320-1，320-2中任一個(gè)的亞穩(wěn)態(tài)操作提供了生成隨機(jī)數(shù)的機(jī)制。
如圖3A所示，時(shí)鐘振蕩器305生成“Clock(時(shí)鐘)”信號。該Clock信號被施加到一對D型觸發(fā)器310-1，310-2的輸入端，所述D型觸發(fā)器的Qbar輸出被反饋到其D輸入端。D型觸發(fā)器310提供除以2的機(jī)制。觸發(fā)器310-1的時(shí)鐘輸入被反相器308反相。因此，觸發(fā)器310-1產(chǎn)生的Stimulus(激勵(lì))信號與觸發(fā)器310-2產(chǎn)生的Acquisition(獲取)信號有180度的相位差。Acquisition信號前進(jìn)，而LFSR 380生成比特流，該比特流在統(tǒng)計(jì)上是一半為一、一半為零。應(yīng)注意，圖4中示出的各波形是在圖3A或圖3B中標(biāo)明的相應(yīng)采樣點(diǎn)處獲得的。
如圖3A和圖4所示，鎖存器320-1，320-2由觸發(fā)器310-1產(chǎn)生的Stimulus信號驅(qū)動。如前面指出的，例如圖3A中示出的鎖存器320-1和320-2的鎖存器，在鎖存器310的兩個(gè)輸入端均被設(shè)置為低邏輯值(“00”)且隨后轉(zhuǎn)換為兩個(gè)輸入端均為高值(“11”)的狀態(tài)時(shí)，易于出現(xiàn)亞穩(wěn)定性。應(yīng)注意圖3A中的鎖存器320-1和320-2由NAND門構(gòu)成，并且與圖1的NOR門鎖存器100的工作方式不同。這樣，如圖4中所示，每當(dāng)Stimulus信號為高時(shí)，圖3A中分別標(biāo)注為“Latch0”和“Latch1”的鎖存器320-1和320-2的輸出可能為不確定的。盡管每個(gè)鎖存器320-1和320-2中的其中一個(gè)NAND門的輸出被指定為鎖存器320-1和320-2的輸出，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說很明顯的是，可以選擇任一個(gè)NAND門的輸出(因?yàn)樗鼈儗?shí)質(zhì)上相同)。由于每個(gè)鎖存器320中不一致的延遲，以及由于來自亞穩(wěn)態(tài)特性的不一致的延遲，也許會產(chǎn)生可能不確定的信號。因此，為了使隨機(jī)數(shù)發(fā)生器300適合于同步應(yīng)用，在圖3B中提供了一種示意性的機(jī)制，來使波形Latch0和Latch1相互同步。應(yīng)注意圖3A和圖3B的電路通過連接相同的帶圓圈的字母來連接。
圖3B中所示的同步電路包括與每個(gè)鎖存器320相關(guān)聯(lián)的多個(gè)串聯(lián)的觸發(fā)器332-n，334-n和336-n。將串聯(lián)的觸發(fā)器332，334和336選擇成以便不容易進(jìn)入亞穩(wěn)態(tài)。另外，如果這些觸發(fā)器332，334，336中的一個(gè)確實(shí)變成亞穩(wěn)態(tài)，則時(shí)鐘信號的周期應(yīng)該足夠長，使得該亞穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出穩(wěn)定為固定邏輯值(0或1)，這樣，當(dāng)在下一個(gè)觸發(fā)器332，334，336對信號進(jìn)行采樣時(shí)，該觸發(fā)器為穩(wěn)定的。按照這種方式，每個(gè)觸發(fā)器332，334，336提高了使輸出Latch0或Latch1相互同步的幾率，同時(shí)消除了任意不確定的邏輯狀態(tài)。事實(shí)上，這種電路出錯(cuò)行為的幾率為數(shù)十年一次。
異或門(“XOR”)350對波形Latch0和Latch1同步后的形式進(jìn)行比較。由于當(dāng)且僅當(dāng)兩個(gè)輸入不同時(shí)XOR門350的輸出為高，如果波形Latch0與波形Latch1不匹配，則XOR門350的輸出(“Mistake(錯(cuò)誤)”)將為高。在下列情況中將產(chǎn)生Mistake(i)一個(gè)鎖存器320變?yōu)閬喎€(wěn)態(tài)而另一個(gè)鎖存器320保持穩(wěn)態(tài)；(ii)兩個(gè)鎖存器320均變?yōu)閬喎€(wěn)態(tài)，但達(dá)到不同的終止?fàn)顟B(tài)；或(iii)將觸發(fā)器332，334，336驅(qū)動為亞穩(wěn)態(tài)。在任何情況下，取決于例如實(shí)施技術(shù)和電路布局，Mistake應(yīng)該為相對少見的事件。應(yīng)注意在替換的實(shí)施例中，可以將Mistake定義為波形Latch0和Latch1相互匹配。
XOR門350的輸出(“Mistake”)被施加到移位寄存器360的移位輸入(Shift_in)，每當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)Mistake時(shí)，移位寄存器360將從LFSR信號(下面討論)移動一位。移位寄存器360由Acquisition信號進(jìn)行時(shí)鐘控制。這樣，無論何時(shí)出現(xiàn)誤差(錯(cuò)誤)，本發(fā)明的第一實(shí)施例都將收集一位。移位寄存器360的輸出被施加到計(jì)算機(jī)接口370。
如圖4所示，在時(shí)刻t0通過XOR門350檢測到錯(cuò)誤，從而將獲得等于一的位(基于LFSR信號)。類似地，在時(shí)刻t1通過XOR門350檢測到錯(cuò)誤，從而將獲得等于零的位(基于LFSR信號)。
如前面指出的，以上面結(jié)合圖3A和圖3b討論的方式標(biāo)記輸入位來產(chǎn)生Acquisition信號，提供了隨機(jī)輸出位的均勻分布。但已發(fā)現(xiàn)，亞穩(wěn)定性的持續(xù)時(shí)間和出現(xiàn)可能受到噪聲的影響。因此，如果噪聲與Acquisition信號相關(guān)，則隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的輸出將不會是隨機(jī)的。
因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，將幾乎未偏置(關(guān)于零和一的頻率)的信號源用作標(biāo)記信號。該標(biāo)記信號與系統(tǒng)中的任何噪聲不相關(guān)的概率很高。本發(fā)明可選地采用具有足夠長度的線性反饋移位寄存器(LFSR)380來降低相關(guān)的幾率，并減小LFSR輸出中的任何偏置。在例如Bruce Schneier的Applied Cryptography第369-388頁(Wiley，1994)中描述了合適的LFSR。關(guān)于隨機(jī)數(shù)發(fā)生器中的線性反饋移位寄存器操作的更詳細(xì)的討論，請參見2001年7月25日提交的題為“Method and Apparatus for Decorrelating a Random NumberGenerator Using a Pseudo-Random Sequence”的美國專利申請No.09/912,685，在此引用作為參考。
線性反饋移位寄存器380產(chǎn)生圖4中所示的LFSR Mark(標(biāo)記)信號，其產(chǎn)生輸出波形中略大于一半的零。按照這種方式，LFSR標(biāo)記信號與任何噪聲不相關(guān)的概率很高。
線性反饋移位寄存器380應(yīng)該提供足夠數(shù)量的位來降低相關(guān)的幾率，并減小LFSR輸出中的任何偏置。對于由n個(gè)觸發(fā)器組成的線性反饋移位寄存器380，在這些數(shù)目開始重復(fù)之前應(yīng)當(dāng)有2n-1個(gè)二進(jìn)制數(shù)目。
因此，隨著線性反饋移位寄存器380中觸發(fā)器數(shù)目的增長，2n-1二進(jìn)制表達(dá)式中的-1變得更加不重要。在任何情況下，由于可歸因于-1項(xiàng)的任何偏置的方向是已知的，因此可以用一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娐穪硐蚣m正偏置。
因此，線性反饋移位寄存器380提供偽隨機(jī)的標(biāo)記輸出，LFSR標(biāo)記，該輸出位的大約一半為零，該輸出位的另一半為一。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果線性反饋移位寄存器380是不可靠的，則輸出的一部分(即使是隨機(jī)的部分)可能會使線性反饋移位寄存器380的狀態(tài)已知。這樣則有可能預(yù)測隨機(jī)數(shù)發(fā)生器300的輸出。
因此，應(yīng)該采用不具有可辨別統(tǒng)計(jì)信息的線性反饋移位寄存器380，由此使得線性反饋移位寄存器380的狀態(tài)信息無用。在另一種變形中，通過從移位寄存器360中釋放掉所收集的位、并且在每個(gè)收集間隔中允許丟失所收集的一些位，獲得了額外的安全性。
每當(dāng)出現(xiàn)Mistake時(shí)，移位寄存器360從LFSR標(biāo)記信號移動一位。這樣，錯(cuò)誤的到達(dá)時(shí)間不被識別出，從而無法預(yù)測線性反饋移位寄存器380的哪些位將被選中。
圖5示出了本發(fā)明的替換實(shí)施例。圖5示出了選擇電路500，用于確定當(dāng)存在有至少三(3)個(gè)鎖存器時(shí)，何時(shí)發(fā)生“事件”(例如錯(cuò)誤)。該示例性選擇電路500用AND門實(shí)現(xiàn)。n個(gè)鎖存器中每一個(gè)的輸出在選擇電路500的輸入端被接收，并被標(biāo)記為區(qū)域n。在該示例性實(shí)施例中，n等于八(8)。各區(qū)域輸入及其反相形式均被施加到相應(yīng)的多路復(fù)用器510-n。每個(gè)多路復(fù)用器510由控制信號Control-M控制，該控制信號選擇區(qū)域輸入或者其相應(yīng)的反相形式。
選擇電路500包括AND門陣列520-1至520-n-1，其中該n個(gè)AND門中的每一個(gè)接收2到n個(gè)輸入，如圖5所示。如果所施加的輸入模式是有用的，則每個(gè)AND門520將產(chǎn)生二進(jìn)制值一(1)。例如，僅當(dāng)兩個(gè)輸入(來自區(qū)域0和區(qū)域1)均為高時(shí)(對于基本上相同的鎖存器的預(yù)期狀況)，AND門520-n-1才會生成一(1)。
但是，適當(dāng)?shù)剡x擇Control_M信號，通過選擇區(qū)域0的反相輸入和區(qū)域1的非反相輸入(或者相反)，則每當(dāng)區(qū)域0的值為一而區(qū)域1的值為零時(shí)(即，二者是不同的，這是對于基本上相同的鎖存器不大可能出現(xiàn)的狀況)，AND門520-n-1將會生成一(1)。仍應(yīng)注意，由于鎖存器(圖5中未示出)基本上是對稱的，同樣可能的是，非反相輸出可以被任意指定為給定鎖存器的輸出。因此，多路復(fù)用器510使得能夠選擇正確的配置，其中鎖存器僅在亞穩(wěn)態(tài)情況下才是不一致的。例如，可以對各種組合進(jìn)行評估，直到識別出一種僅僅偶爾呈現(xiàn)亞穩(wěn)態(tài)特性的組合(因?yàn)槟切┛偸浅尸F(xiàn)或從不呈現(xiàn)亞穩(wěn)態(tài)特性的組合是不希望的)。
但是，如果區(qū)域0的值為零而區(qū)域1的值為一(導(dǎo)致相對于XOR實(shí)現(xiàn)方式損失了一些效率)，則AND門520-n-1不會生成一(1)。類似地，如果區(qū)域0和區(qū)域1的值均為零或一(二者一致)，則AND門520-n-1不會生成一(1)。示例性選擇電路500允許多達(dá)八(8)個(gè)鎖存器以各種方式組合，以生成觸發(fā)隨機(jī)位產(chǎn)生的“事件”。
應(yīng)該理解，這里所示出并描述的實(shí)施例僅僅用來說明本發(fā)明的原理，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不偏離本發(fā)明的范圍和精神的情況下可以作出各種修改。
權(quán)利要求
1.一種利用鎖存器生成隨機(jī)數(shù)的方法，包括以下步驟檢測所述鎖存器的亞穩(wěn)態(tài)；以及根據(jù)所述亞穩(wěn)態(tài)的出現(xiàn)生成隨機(jī)位。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述檢測步驟還包括，并行地操作多個(gè)鎖存器以及檢測兩個(gè)或兩個(gè)以上所述鎖存器的不同輸出的步驟。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中利用異或(XOR)門來執(zhí)行檢測兩個(gè)或兩個(gè)以上所述鎖存器的不同輸出的步驟。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括將標(biāo)記信號與噪聲去相關(guān)的步驟。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中通過至少一個(gè)線性反饋移位寄存器來執(zhí)行所述去相關(guān)步驟。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述生成步驟還包括，如果第一鎖存器的輸出與第二鎖存器的輸出不匹配，則生成錯(cuò)誤信號的步驟。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述錯(cuò)誤信號導(dǎo)致根據(jù)所述標(biāo)記輸入獲得隨機(jī)位。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括使所述鎖存器的輸出與本地時(shí)鐘源相同步的步驟。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括收集多個(gè)所述隨機(jī)位以產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的步驟。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括從移位寄存器中釋放所收集的位以生成所述隨機(jī)位的步驟。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述檢測步驟還包括以下步驟在預(yù)定輸出的集合中比較多個(gè)鎖存器的輸出，如果檢測到所述預(yù)定輸出集合其中之一，則生成隨機(jī)位。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述檢測步驟還包括并行地操作多個(gè)鎖存器的步驟，并且其中所述方法還包括以下步驟對選擇及合并所述多個(gè)鎖存器的反相和非反相輸出的多種組合進(jìn)行評估，以找到合適的組合。
13.一種隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，包括工作在亞穩(wěn)態(tài)的鎖存器，以根據(jù)所述亞穩(wěn)態(tài)的出現(xiàn)生成隨機(jī)位。
14.如權(quán)利要求13所述的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，其中通過并行地操作多個(gè)鎖存器以及檢測兩個(gè)或兩個(gè)以上所述鎖存器的不同輸出來檢測所述亞穩(wěn)態(tài)的出現(xiàn)。
15.如權(quán)利要求13所述的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，其中所述鎖存器的輸出與本地時(shí)鐘源同步。
16.如權(quán)利要求13所述的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，其中收集多個(gè)所述隨機(jī)位來產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)。
17.如權(quán)利要求13所述的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，其中從移位寄存器收集的位被釋放以產(chǎn)生所述隨機(jī)位。
18.如權(quán)利要求13所述的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，其中通過對預(yù)定輸出集合中的輸出進(jìn)行比較，并且如果檢測到所述預(yù)定輸出集合其中之一，則生成隨機(jī)位，從而測所述亞穩(wěn)態(tài)的出現(xiàn)。
19.一種隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，包括并行工作的多個(gè)鎖存器，使得至少其中兩個(gè)所述鎖存器產(chǎn)生不同的輸出以生成隨機(jī)位。
20.如權(quán)利要求19所述的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，還包括異或(XOR)門來檢測所述至少其中兩個(gè)鎖存器的不同輸出。
21.如權(quán)利要求19所述的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，其中收集多個(gè)所述隨機(jī)位以產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了利用鎖存器的亞穩(wěn)態(tài)特性生成隨機(jī)數(shù)的方法和裝置。每當(dāng)鎖存器變成亞穩(wěn)態(tài)，對于振蕩停止后獲得的邏輯值，振蕩的結(jié)果是隨機(jī)的。如果鎖存器的輸出與鎖存器在正確操作期間所能獲得的值不同(即，“錯(cuò)誤”)，則能檢測到亞穩(wěn)態(tài)事件。當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上基本上相同的鎖存器并行地操作時(shí)，在至少其中兩個(gè)鎖存器具有不同的輸出時(shí)可以檢測到錯(cuò)誤。錯(cuò)誤的檢測可用來觸發(fā)隨機(jī)位的生成。本發(fā)明并行地操作多個(gè)鎖存器，并向每個(gè)鎖存器的每個(gè)輸入端施加相同的二進(jìn)制值。當(dāng)鎖存器進(jìn)入亞穩(wěn)態(tài)時(shí)，在穩(wěn)定在邏輯低或高的隨機(jī)輸出值之前，該鎖存器的輸出將隨機(jī)地移位。當(dāng)兩個(gè)鎖存器穩(wěn)定為不同的值時(shí)，可以識別出錯(cuò)誤從而觸發(fā)隨機(jī)位的生成。
文檔編號G06F1/02GK1662875SQ03814427
公開日2005年8月31日 申請日期2003年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月20日
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