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申请/专利权人：浙江大学

摘要：本发明公开了一种基于熵源选择原理的TRNG与PUF一体化模块，该模块具有M个相同的基本单元和一个TRNG后处理模块，每个基本单元包含熵源阵列模块、偏置衡量模块、输出检验模块、PUF后处理模块与状态控制模块。每个基本单元会输出一组未经处理的随机数比特流，M组未经处理的随机数比特流将分别输入TRNG后处理模块处理。本发明利用亚稳态熵源输出随机性同时受到器件制造过程中的失配和器件工作环境中的噪声影响这一特性，在熵源阵列中进行选择，保证每个熵源都能够产生输出，大幅度提高了电路的利用效率；此外，亚稳态结构熵源的使用也使一体化模块具有低功耗、高电路复用率以及高吞吐率的特点。

主权项：1.一种基于熵源选择原理的真随机数发生器与物理不可克隆函数一体化模块，其特征在于，所述一体化模块包括M个相同的基本单元和一个TRNG后处理模块，M≥2；每个基本单元包括：可调节结构的熵源阵列模块，其由N个可调节结构的亚稳态熵源组成，N≥20；所述亚稳态熵源包含有可调节交叉耦合反相器阵列，所述可调节交叉耦合反相器阵列用于TRNG和PUF比特流的产生，以及用于调节对应熵源的偏置分布；偏置衡量模块，在一体化模块处于偏置衡量工作状态时，对各个亚稳态熵源的输出随机性依次进行统计，并进行衡量与比较，选择出适用于生成PUF和适用于生成TRNG序列的熵源；输出检验模块，在一体化模块处于输出检验工作状态时，判断偏置衡量模块选择的熵源的输出偏置是否在合理的范围内；状态控制模块，对所在基本单元的工作状态进行控制，并在输出检验模块检测到异常时接收由输出检验模块发送的失败信号，再发送控制信号对熵源阵列模块的配置进行调整进而改变熵源阵列的失配情况；PUF后处理模块，对其所在基本单元内的全体熵源的比特流输出进行处理，降低PUF输出的误码率；所述TRNG后处理模块采用迭代冯诺依曼提取器结构，每个所述基本单元会选择一个偏置情况最为理想的熵源并由选择的熵源输出一组未经处理的随机数比特流，M组未经处理的随机数比特流将分别作为输入提供给TRNG后处理模块中第一层的M个冯诺依曼提取器，供迭代冯诺依曼提取器进行后处理；整个一体化模块以M个PUF后处理模块的处理结果作为PUF输出，以TRNG后处理模块的处理结果作为真随机数输出；每个所述的可调节结构的亚稳态熵源均包含一个上拉网络、一个下拉网络和一个可调节交叉耦合反相器阵列；所述上拉网络与下拉网络分别控制可调节交叉耦合反相器阵列的复位状态与工作状态，使熵源进行输出；可调节交叉耦合反相器阵列由两个位宽为n的控制信号控制其内部的n个可调节交叉耦合反相器的通断，可调节交叉耦合反相器阵列有2^n种配置方案，对应地，熵源阵列模块会具有2^n种偏置分布；所述可调节交叉耦合反相器内部由两个加入了通断控制晶体管的子反相器通过互相用输入连接另一个子反相器的输出的方式组合而成，每个子反相器包含两个通断控制晶体管和复位控制晶体管，通断控制晶体管接在复位控制晶体管和输出中间，负责控制可调节交叉耦合反相器的通断；复位控制晶体管接在供电端地与通断控制晶体管中间，负责行使子反相器的功能，由于每个子反相器中的NMOS复位控制晶体管的栅极连接着另一个子反相器的PMOS复位控制晶体管的漏极，而每个子反相器中的PMOS复位控制晶体管栅极也连接着另一个子反相器的NMOS复位控制晶体管的漏极，因此在复位过程中可以保证两个子反相器对称节点上的电压维持在接近的水平，降低电荷积累对输出相关性的影响；可调节交叉耦合反相器阵列内部含有n个可调节交叉耦合反相器，通过调整长度为n位的控制信号的电平可以调整每个交叉耦合反相器接入上拉网络和下拉网络的情况，改变熵源阵列的偏置分布。

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百度查询： 浙江大学 一种基于熵源选择原理的TRNG与PUF一体化模块