用于产生随机位的设备和方法技术

本发明专利技术涉及用于产生随机位的设备和方法。用于产生随机位的设备包括多个映射装置，其中相应的映射装置被设立用于把预先给定数目n个输入信号借助组合映射映射成预先给定数目p个输出信号，并且其中映射装置彼此链接，并且至少一个组合映射被设立为使得相应映射装置的输入信号的状态变化平均地被映射到相应映射装置的多于一个的输出信号上，其中不存在反馈回路，使得特定映射装置的至少一个反馈输出信号的状态变化作为至少一个输入信号的状态变化被输送给另一个映射装置，使得所述特定映射装置的一个或者多个输出信号由反馈输出信号的状态变化影响。由此所述设备不必在作为数字电路的实现中连续地执行转换过程，这限制了电流消耗。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及。用于产生随机位的设备包括多个映射装置，其中相应的映射装置被设立用于把预先给定数目n个输入信号借助组合映射映射成预先给定数目p个输出信号，并且其中映射装置彼此链接，并且至少一个组合映射被设立为使得相应映射装置的输入信号的状态变化平均地被映射到相应映射装置的多于一个的输出信号上，其中不存在反馈回路，使得特定映射装置的至少一个反馈输出信号的状态变化作为至少一个输入信号的状态变化被输送给另一个映射装置，使得所述特定映射装置的一个或者多个输出信号由反馈输出信号的状态变化影响。由此所述设备不必在作为数字电路的实现中连续地执行转换过程，这限制了电流消耗。【专利说明】
本专利技术涉及用于产生一个或者多个随机位的设备和方法。例如产生作为二进制随机数使用的随机位序列。所建议的例如用于实现随机数发生器。
技术介绍
在安全相关应用中，例如在非对称鉴权方法情况下，需要随机位序列作为二进制随机数。在此，希望尤其是在移动的应用情况下推行尽可能小的硬件耗费。已知的用于产生随机数的措施例如是伪随机数发生器、模拟的随机源、环形振荡器和其变体。 在伪随机数发生器情况下使用种子，从所述种子出发计算确定性的伪随机数。为产生种子，通常使用物理的随机发生器。作为模拟的随机源，放大并且数字化噪声源，例如齐纳二极管的噪声。在此，数字电路技术与模拟电路技术的结合大多只能以耗费的方式实现。 在由奇数个串联的反相器构建的环形振荡器的情况下，随机的抖动由信号通过这些反相器的波动的通过时间得出。这些抖动、亦即通过反相器发送的信号的状态变化中的不规则的时间波动，在多次通过环形振荡器电路的情况下可以被累积，使得最终形成随机的模拟信号。在环形振荡器的情况下不利的经常是从振荡开始至由于抖动累积而形成可用的随机信号为止需要的长时间。因此在环形振荡器的情况下大多得出低的、不可接受的数据产生速率。此外可能的是，相加的抖动量值也自身再次消除，使得平均随机的短的门运行时间由随机的较长的门运行时间补偿。 斐波那契(Fibonacci)环形振荡器和伽罗瓦(Galois)环形振荡器比传统的环形振荡器更快速地产生随机信号形状。然而采用不同的数字门，例如XOR和NOT门。由此尤其是当在ASIC上实现的情况下能够得出门类型的大的速度差异。经常希望:借助FPGA (FieldProgrammable Gate Array(现场可编程门阵列))产生随机位序列。然而周期性振荡即使在这些数字部件的情况下例如由于周围环境温度波动也可能开始，这些周期性振荡在信号中仅有小的熵或者随机性。 此外，在随机数发生器中的振荡器电路情况下的能量消耗可以证明是不利的，因为在运行中电流必须持久地流动。 在数字电路中电流消耗基本上依赖于每时间(pro Zeit)转换过程的数目。在对应的数字振荡电路的情况下这必须持久地发生，使得在以环形振荡器为基础的随机数发生器的情况下出现更可能不利的能量消耗。尤其是在移动应用的情况下值得期望的是，将以硬件方式实现的电路的能量消耗或者耗用电流保持得小。尽管如此应该出现统计上良好的物理随机事件(Zufall)。
技术实现思路
因此本专利技术的任务在于，提供用于产生随机位的改善的设备和/或方法。 因.此建议一种用于产生随机位的设备，该设备包括:多个彼.此链接的映射装置，其中相应的映射装置被设立用于把预先给定数目η个输入信号借助组合映射映射成预先给定数目P个输出信号。至少一个组合映射被设立为使得把相应映射装置的输入信号的状态变化平均地映射到该相应映射装置的多于一个的输出信号上。在此，不存在反馈回路，使得特定映射装置的至少一个反馈输出信号的状态变化如此作为至少一个输入信号的状态变化被输送给另一个映射装置，使得所述特定映射装置的一个或者多个输出信号由反馈输出信号的状态变化影响。 优选地，所述映射装置彼此链接为，使得不出现反馈。由此得出，所述设备不必在作为数字电路的实现中连续地执行转换过程，这限制电流消耗。 可以说，所述设备不产生“振荡”或者信号变换不循环地传播。例如输出信号都被前馈。优选地，输出信号中的任何一个都不通过被反馈而因果地依赖于自身。 在实施方式中，映射装置彼此链接为，使得不将反馈回路构造为使得将一个映射装置的至少一个输出信号的状态变化作为至少一个输入信号的状态变化输送给另一个映射装置。原则上可以设置反馈路径，然而该反馈路径优选地不导致振荡。原则上能够把映射装置的输出或者输出信号作为用于在信号路径中位于上游的映射装置的输入信号使用。 相应映射装置的η个输入信号的数目可以对应于输出信号的数目ρ。但是还可以想到，η不等于ρ，亦即借助相应映射装置把输入信号的状态映射到输出信号的状态上，其中对于相应的映射装置，输出信号的数目小于或者大于输入信号的数目。 映射装置可以是逻辑的或者组合的门，它们尤其是实现从η个输入信号到η个输出信号上的双射的映射。输入信号在能够被分配给诸如位I或高(High)或者O或低(Low)的逻辑状态的电平之间波动。将双射的映射理解为在输入信号的2n个可能的逻辑值和输出信号的2"个逻辑值之间的一对一映射。 在该设备的实施方式中，至少一个组合映射被设立为，使得输入信号在施加抖动和逻辑函数的情况下被映射到输出信号上。由于通过映射装置以硬件方式实现组合映射，抖动、即波动可能在信号边沿的时间变化曲线中得出。于是该抖动通过执行逻辑函数、亦即把η个输入信号或者位值的组合映射到ρ个输出信号或者位值上分别被继续，并且经由通过映射装置而累积。 就这点而言，在所述设备的实施方式中得出有限的映射装置链。这些映射装置也可以称为节点或者门。组合映射中的至少一个尤其是被设立为，使得平均在输入信号的状态变化的情况下在多于一个的输出信号处进行状态变换。这导致，输入信号的相应抖动被映射到多个输出信号上并且因此被放大。信号中的一次出现的抖动借助映射装置或者在其内实现的组合映射被复制到多个输出轨道(Ausgangsspuren)上,使得抖动分量几乎不能抵消。 在实施方式中，设置至少一个所选择的映射装置，其输出信号与其余的映射装置的所有输入信号退耦。例如这可以是m个彼此线性耦合的映射装置的链的最后的映射装置。尤其是得出有限的信号变化曲线。这可能意味着，信号的信号变换或者状态变换通过所链接的映射装置仅以预先给定的时间间隔继续。因为逐渐用抖动和随机量值扩展的随机信号或者多个根据映射装置的相应位宽的随机信号从第一输入映射装置出发沿着所链接的映射装置传播。可以将退耦理解为:输出信号不向另外的映射装置的输入端引导。 在这种从第一映射装置直到可以称为输出映射的最后的映射装置的信号路径中可以设置另外的电路，如逻辑门或者放大元件。 优选地，至少一些映射不是仅提供输入信号到输出信号上的置换的组合映射。输入信号的置换尤其是当输出信号对应于输入信号或者仅通过顺序的变化由输入信号产生时存在。在置换的情况下不得出抖动的“拷贝”。 在用于产生随机位的设备的实施方式中，映射装置被设立为，使得它们的信号通过时间相等。通过尽可能相等的信号运行时间，减小抖动量值能够互相抵消的风险。此外，使以ASIC或者FPGA的方式的实现变得容易。例如映射装置如此被设立，使本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于产生随机位(ZB)的设备(1)，包括：多个映射装置(21‑2m)，其中相应的映射装置(21‑2m)被设立用于把预先给定数目n个输入信号(E11‑Emn)借助组合映射(K1‑Km)映射成预先给定数目p个输出信号(A11‑Amp)，其中映射装置(21‑2m)彼此链接，并且至少一个组合映射(K1‑Km)被设立为使得相应映射装置(21‑2m)的输入信号(E11‑Emn)的状态变化平均地被映射到该相应的映射装置(21‑2m)的多于一个的输出信号(A11‑Amp)上，其中不存在反馈回路，使得特定映射装置(2i)的至少一个反馈输出信号(Aij)的状态变化作为至少一个输入信号(Ek1)的状态变化被输送给另一个映射装置(2k)，使得所述特定映射装置(2i)的一个或者多个输出信号(Ai1‑Aip)由反馈输出信号(Aij)的状态变化影响。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·贝夫根，M·迪希特尔，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE