真随机数发生器及方法、真随机数密钥加密系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了真随机数发生器及方法、真随机数密钥加密系统及方法。该真随机数发生器包括：模拟信号获取单元，使用一个或多个自然界中的物理现象获取模拟信号；模拟信号处理单元，对一个或多个该模拟信号进行处理，获得处理后的模拟信号；模数转换单元，对处理后的模拟信号进行放大和模数转换得到数字信号；真随机数信号生产单元，对数字信号进行处理，生成真随机数信号：计算数字信号的自相关函数，根据自相关函数计算出数字信号的功率谱，根据该功率谱计算出白化滤波器的频谱作为该真随机数信号。

【技术实现步骤摘要】
真随机数发生器及方法、真随机数密钥加密系统及方法
本专利技术涉及一种真随机数发生器及该真随机数发生器的真随机数生成方法、应用该真随机数发生器的真随机数密钥加密系统、该真随机数密钥加密系统的加密方法。
技术介绍
随着信息化的高速发展，人们对信息安全的需求越来越多。人员流动、市场竞争、金融危机、敌对势力等都给企事业单位的发展带来巨大风险，内部窃密、黑客攻击、无意识泄密等窃密手段成为了人与人之间、企业与企业之间、国与国之间的安全隐患。传统的人传递信息，虽然可靠性高、但时效性低，影响信息处理等的后续工作。因此加密系统的研究与发展显得尤为重要。在加密应用中，经常用到随机数作为密钥。因此，随机数广泛应用于密码学中。现有随机数有两种，如下介绍。1.伪随机数：它是由算法计算得出的，是可以预测的，也就是说当随机种子相同时，对于同一个随机函数，得出的随机数列是固定不变的。伪随机数的生成方法有：取中法，移位法和同余。2.真随机数：想要实现真随机数靠程序是永远无法实现的，很多情况下只能利用一些物理现象，比如布朗运动，量子效应，放射性衰变等。如以下介绍。2.1振荡器采样：利用热噪声放大后，影响一个由电压控制的振荡器，通过另一个高频振荡器来收集数据。2.2直接放大电路噪声：利用电路中各种噪声，如上述的热噪声作为随机源，对其放大，然后对一定时间内超过阈值的数据进行统计，这样就产生的随机数。2.3电路亚稳态:亚稳态表示触发器无法在规定时间内达到一个可确认状态，一定条件下，触发器达到两个稳态的几率为50％，所以先使电路进入亚稳态，之后根据状态转化为随机数。2.4混沌电路：不可预测，对初始条件的敏感的依赖性。以及混沌电路在芯片中易于实现的特点，可以产生效果不错的随机数。2.5利用物理信息，如宇宙射线，粒子衰变，空气噪声等作为随机源，来产生随机数。然而以上随机数存在如下问题。(1)伪随机数不真正地随机，它们实际上是可以计算出来的，一旦知道生成方法和一些参数(例如随机数种子)，就可得到完全相同的伪随机数，从而进行密码破译。因此伪随机数不宜在密码学中应用。(2)真随机数：真随机数发生器可能无法确定分布，无法保证平稳和数据间的独立性，给破译带来可能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种真随机数发生器及该真随机数发生器的真随机数生成方法、应用该真随机数发生器的真随机数密钥加密系统、该真随机数密钥加密系统的加密方法，其使用超级长度的真随机数作为数据文件的加密密钥，秘钥数据绝无任何规律可循。本专利技术是这样实现的，一种真随机数发生器，其包括：模拟信号获取单元，使用一个或多个自然界中的物理现象获取模拟信号；模拟信号处理单元，对一个或多个该模拟信号进行处理，获得处理后的模拟信号；模数转换单元，对该处理后的模拟信号进行放大和模数转换，得到数字信号；真随机数信号生产单元，对该数字信号进行处理，生成真随机数信号；其中，该真随机数信号生产单元对该数字信号进行白化处理：计算该数字信号的自相关函数，根据该自相关函数计算出该数字信号的功率谱，根据该功率谱计算出白化滤波器的频谱作为该真随机数信号。作为上述方案的进一步改进，该模拟信号获取单元利用电阻器件生成该模拟信号：测量该电阻器件上的自由电子的布朗运动引起的电流，作为该模拟信号；或利用晶体管生成该模拟信号：测量该晶体管的电子不规则热运动引起的电流，作为该模拟信号；或记录自然界中的声音，作为模拟信号。作为上述方案的进一步改进，该模拟信号处理单元将该模拟信号的不同位置的信号进行相加，相乘处理，获得处理后的模拟信号；或将多个模拟信号的不同位置的信号进行相加，相乘处理，获得处理后的模拟信号。本专利技术还提供一种真随机数生产方法，其包括以下步骤：(1)使用一个或多个自然界中的物理现象获取模拟信号；(2)对一个或多个该模拟信号进行处理，获得处理后的模拟信号；(3)对该处理后的模拟信号进行放大和模数转换，得到数字信号；(4)对该数字信号进行处理，生成真随机数信号；其特征在于：在步骤(1)中，利用电阻器件生成该模拟信号：测量该电阻器件上的自由电子的布朗运动引起的电流，作为该模拟信号；或利用晶体管生成该模拟信号：测量该晶体管的电子不规则热运动引起的电流，作为该模拟信号；或记录自然界中的声音，作为模拟信号；在步骤(2)中，将该模拟信号的不同位置的信号进行相加，相乘处理，获得处理后的模拟信号；或将多个模拟信号的不同位置的信号进行相加，相乘处理，获得处理后的模拟信号；在步骤(4)中，对该数字信号进行白化处理：计算该数字信号的自相关函数，根据该自相关函数计算出该数字信号的功率谱，根据该功率谱计算出白化滤波器的频谱作为该真随机数信号。本专利技术还提供另一种真随机数发生器，其包括：模拟信号获取单元，使用一个或多个自然界中的物理现象获取模拟信号；模数转换单元，对该模拟信号进行放大和模数转换，得到数字信号；数字信号处理单元，对该数字信号进行处理，获得处理后的数字信号；真随机数信号生产单元，对该处理后的数字信号进行处理，生成真随机数信号；其中：该真随机数信号生产单元对该处理后的数字信号进行白化处理：计算该处理后的数字信号的自相关函数，根据该自相关函数计算出该处理后的数字信号的功率谱，根据该功率谱计算出白化滤波器的频谱作为该真随机数信号。作为上述方案的进一步改进，该模拟信号获取单元利用电阻器件生成该模拟信号：测量该电阻器件上的自由电子的布朗运动引起的电流，作为该模拟信号；或利用晶体管生成该模拟信号：测量该晶体管的电子不规则热运动引起的电流，作为该模拟信号；或记录自然界中的声音，作为模拟信号。作为上述方案的进一步改进，该数字信号处理单元将该数字信号的不同位置的信号进行相加，相乘处理，获得该处理后的数字信号；或将多个该数字信号的不同位置的信号进行相加，相乘处理，获得该处理后的数字信号。本专利技术还提供另一种真随机数生产方法，其包括以下步骤：(1)使用一个或多个自然界中的物理现象获取模拟信号；(2)对该模拟信号进行放大和模数转换，得到数字信号；(3)对该数字信号进行处理，获得处理后的数字信号；(4)对该处理后的数字信号进行处理，生成真随机数信号；其特征在于：在步骤(1)中，利用电阻器件生成该模拟信号：测量该电阻器件上的自由电子的布朗运动引起的电流，作为该模拟信号；或利用晶体管生成该模拟信号：测量该晶体管的电子不规则热运动引起的电流，作为该模拟信号；或记录自然界中的声音，作为模拟信号；在步骤(2)中，将该数字信号的不同位置的信号进行相加，相乘处理，获得该处理后的数字信号；或将多个该数字信号的不同位置的信号进行相加，相乘处理，获得该处理后的数字信号；在步骤(4)中，对该处理后的数字信号进行白化处理：计算该处理后的数字信号的自相关函数，根据该自相关函数计算出该处理后的数字信号的功率谱，根据该功率谱计算出白化滤波器的频谱作为该真随机数信号。本专利技术还提供一种真随机数密钥加密系统，其包括可分发存储介质、真随机数发生器、防火墙和专用数据加解密机构，其中，该真随机数发生器为上述任一真随机数发生器，该防火墙为光纤单向数据隔离防火墙；该真随机数发生器产生真随机数信号输送至该可分发存储介质进行存储作为密钥，该专用数据加解密机构透过该光纤单向数据隔离防火墙向该可分发存储介质获取该密钥用于加密本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种真随机数发生器，其包括：模拟信号获取单元，使用一个或多个自然界中的物理现象获取模拟信号；模拟信号处理单元，对一个或多个该模拟信号进行处理，获得处理后的模拟信号；模数转换单元，对该处理后的模拟信号进行放大和模数转换，得到数字信号；真随机数信号生产单元，对该数字信号进行处理，生成真随机数信号；其特征在于：该真随机数信号生产单元对该数字信号进行白化处理：计算该数字信号的自相关函数，根据该自相关函数计算出该数字信号的功率谱，根据该功率谱计算出白化滤波器的频谱作为该真随机数信号。

【技术特征摘要】
1.一种真随机数发生器，其包括：模拟信号获取单元，使用一个或多个自然界中的物理现象获取模拟信号；模拟信号处理单元，对一个或多个该模拟信号进行处理，获得处理后的模拟信号；模数转换单元，对该处理后的模拟信号进行放大和模数转换，得到数字信号；真随机数信号生产单元，对该数字信号进行处理，生成真随机数信号；其特征在于：该真随机数信号生产单元对该数字信号进行白化处理：计算该数字信号的自相关函数G+x(ω)，根据该自相关函数G+x(ω)计算出该数字信号的功率谱H1(s)，将功率谱H1(s)分解成在s的左半平面和后半平面，取功率谱在s的左半平面的那些值，找出零、极点，根据公式和计算出白化滤波器的频谱作为该真随机数信号。2.如权利要求1所述的真随机数发生器，其特征在于：该模拟信号获取单元利用电阻器件生成该模拟信号：测量该电阻器件上的自由电子的布朗运动引起的电流，作为该模拟信号；或利用晶体管生成该模拟信号：测量该晶体管的电子不规则热运动引起的电流，作为该模拟信号；或记录自然界中的声音，作为模拟信号。3.如权利要求1所述的真随机数发生器，其特征在于：该模拟信号处理单元将该模拟信号的不同位置的信号进行相加，相乘处理，获得处理后的模拟信号；或将多个模拟信号的不同位置的信号进行相加，相乘处理，获得处理后的模拟信号。4.一种真随机数生产方法，其包括以下步骤：(1)使用一个或多个自然界中的物理现象获取模拟信号；(2)对一个或多个该模拟信号进行处理，获得处理后的模拟信号；(3)对该处理后的模拟信号进行放大和模数转换，得到数字信号；(4)对该数字信号进行处理，生成真随机数信号；其特征在于：在步骤(1)中，利用电阻器件生成该模拟信号：测量该电阻器件上的自由电子的布朗运动引起的电流，作为该模拟信号；或利用晶体管生成该模拟信号：测量该晶体管的电子不规则热运动引起的电流，作为该模拟信号；或记录自然界中的声音，作为模拟信号；在步骤(2)中，将该模拟信号的不同位置的信号进行相加，相乘处理，获得处理后的模拟信号；或将多个模拟信号的不同位置的信号进行相加，相乘处理，获得处理后的模拟信号；在步骤(4)中，对该数字信号进行白化处理：计算该数字信号的自相关函数G+x(ω)，根据该自相关函数G+x(ω)计算出该数字信号的功率谱H1(s)，将功率谱H1(s)分解成在s的左半平面和后半平面，取功率谱在s的左半平面的那些值，找出零、极点，根据公式和计算出白化滤波器的频谱作为该真随机数信号。5.一种真随机数发生器，其包括：模拟信号获取单元，使用一个或多个自然界中的物理现象获取模拟信号；模数转换单元，对该模拟信号进行放大和模数转换，得到数字信号；数字信号处理单元，对该数字信号进行处理，获得处理后的数字信号；真随机数信号生产单元，对该处理后的数字信号进行处理，生成真随机数信号；其特征在于：该真随机数信号生产单元对该处理后的数字信号进行白化处理：计算该数字信号的自相关函数...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚明，王茁，詹丽华，鲁礼云，李超君，
申请(专利权)人：昆明通渡电气有限公司，
类型：发明
国别省市：云南;53