一種基于FPGA的真隨機數(shù)發(fā)生器設計與實現(xiàn)
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定性分析如下：將序列的每位看作是一個隨機的二進制變量X，定義b是序列的偏置。即
b=|P(X=1)-1／2|=|P(X=0)-1／2| (2)
根據(jù)Piling-up引理，輸出序列的偏置是：
)時成立。簡而言之，異或運算顯著地減小了獨立輸入序列的偏置。假設n=16且所有bi=1／3，那么b=0．000 761可以忽略不計。
2．3 后續(xù)處理模塊對統(tǒng)計性能的改善
由上一節(jié)的分析可知，增加振蕩器數(shù)量是改善序列統(tǒng)計特性的有效方法。但前提條件是各個振蕩器相互獨立。當振蕩器數(shù)量過多時位置約束很可能與相互獨立的要求相互矛盾。因為高速的振蕩信號往往發(fā)生相互串擾的情況，并且消耗更多資源和功耗，所以有必要在保證TRNG包含一定數(shù)量的振蕩器的前提下，引入后續(xù)處理模塊。從而達到消耗資源較少，序列性能較好的目的。
本項測試以19組振蕩器作為TRNG的隨機源，輸出序列與PRBS模塊輸出進行異或運算，然后分別使用32，16，8，2 MHz的采樣時鐘采集數(shù)據(jù)。將數(shù)據(jù)送入測試程序進行測試以后，結果如表2所示。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/190794.htm
可以看出，TRNG生成的隨機序列全部達到了預定的性能指標。同時不難發(fā)現(xiàn)，采樣時鐘頻率對TRNG的輸出統(tǒng)計特性是有影響的，當采樣頻率逐漸降低時，TRNG的隨機性能逐步提高。出現(xiàn)這種現(xiàn)象是由于采樣頻率越高，就與振蕩頻率越接近，二者的相位偏移干擾了隨機信號的獲取影響了統(tǒng)計特性。
3 結束語
本文嘗試了一種純數(shù)字形式的真隨機數(shù)發(fā)生器結構，規(guī)模較小、易于移植。電路包含兩個振蕩環(huán)，分為自由振蕩和鎖存至雙穩(wěn)態(tài)兩個工作狀態(tài)。利用振蕩環(huán)之間的相位偏移和抖動以及雙穩(wěn)態(tài)器件的亞穩(wěn)態(tài)作為隨機源。本文探討了振蕩器數(shù)量對序列統(tǒng)計特性的影響，并在加入后續(xù)處理模塊的情況下試驗了多種采樣頻率，經(jīng)測試隨機序列完全符合預定指標。
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