基于物理不可复制功能的真随机数产生器以及相关方法与流程

技术特征：
1.一种用于一电子装置的基于物理不可复制功能的真随机数产生器，其特征在于，所述基于物理不可复制功能的真随机数产生器包含：一第一混淆电路，用以自所述电子装置的一物理不可复制功能池取得一第一物理不可复制功能值，并且基于所述第一物理不可复制功能值对一初步种子进行一第一混淆功能以产生一最终种子；一密码电路，耦接至所述第一混淆电路，用以利用所述最终种子作为一密码功能的一金钥以产生一初步随机数序列；以及一第二混淆电路，耦接至所述密码电路，用以自所述物理不可复制功能池取得一第二物理不可复制功能值，并且基于所述第二物理不可复制功能值对所述初步随机数序列进行一第二混淆功能以产生一最终随机数序列。2.如权利要求1所述的基于物理不可复制功能的真随机数产生器，其特征在于，所述第一混淆电路将所述初步种子与所述第一物理不可复制功能值进行拼接以产生所述最终种子。3.如权利要求1所述的基于物理不可复制功能的真随机数产生器，其特征在于，所述基于物理不可复制功能的真随机数产生器另包含一熵电路以提供所述初步种子，以及所述熵电路包含：一振荡器，用以输出多个随机单比特值；以及一收集电路，用以收集所述多个随机单比特值以产生所述初步种子。4.如权利要求1所述的基于物理不可复制功能的真随机数产生器，其特征在于，所述基于物理不可复制功能的真随机数产生器另包含一非易失性存储器以提供所述初步种子，其中一反馈随机数于一或多个预定时间点被写入所述非易失性存储器，以更新存储于所述非易失性存储器内的所述初步种子，以及所述反馈随机数是自所述初步随机数序列或所述最终随机数序列取得。5.如权利要求1所述的基于物理不可复制功能的真随机数产生器，其特征在于，所述基于物理不可复制功能的真随机数产生器另包含：一熵电路，用以提供一熵种子；一非易失性存储器，用以提供一非易失性存储器种子，其中一反馈随机数于一或多个预定时间点被写入所述非易失性存储器中，以更新存储于所述非易失性存储器内的所述非易失性存储器种子，以及所述反馈随机数是自所述初步随机数序列或所述最终随机数序列取得；一测试电路，耦接至所述熵电路，用以测试所述熵种子以产生一测试结果；以及一多路选择器，耦接至所述熵电路、所述非易失性存储器以及所述测试电路，用以因应所述测试结果以自所述熵种子与所述非易失性存储器种子选择其中一者，以供输出为所述初步种子。6.如权利要求5所述的基于物理不可复制功能的真随机数产生器，其特征在于，所述测试电路是对所述熵种子进行健康程度测试，当所述测试结果指出所述熵电路处在一健康状态时，所述多路选择器选择所述熵种子以作为所述初步种子，以及当所述测试结果指出所述熵电路处在一非健康状态时，所述多路选择器选择所述非易失性存储器种子作为所述初步种子。
7.如权利要求1所述的基于物理不可复制功能的真随机数产生器，其特征在于，所述基于物理不可复制功能的真随机数产生器另包含一熵电路以提供一熵种子，以及所述熵电路包含：一振荡器，用以输出一随机控制比特；以及一收集电路，耦接至所述振荡器，其中所述收集电路因应所述随机控制比特以决定是否借助于一反馈随机数来更新所述熵种子，以及所述反馈随机数是自所述初步随机数序列或所述最终随机数序列取得。8.如权利要求7所述的基于物理不可复制功能的真随机数产生器，其特征在于，所述收集电路包含：一第三混淆电路，用以基于所述反馈随机数对所述熵种子进行一第三混淆功能以产生一更新后熵种子；以及一第一多路选择器，耦接至所述振荡器，用以因应所述随机控制比特以自更新前的所述熵种子与所述更新后熵种子选择其中一者，以输出一最新熵种子。9.如权利要求8所述的基于物理不可复制功能的真随机数产生器，其特征在于，所述基于物理不可复制功能的真随机数产生器另包含：一非易失性存储器，用以提供一非易失性存储器种子，其中所述反馈随机数于一或多个预定时间点被写入所述非易失性存储器中，以更新存储于所述非易失性存储器中的所述非易失性存储器种子；以及一第二多路选择器，耦接至所述非易失性存储器以及所述收集电路，用以自所述非易失性存储器种子与所述熵种子选择其中一者以作为所述初步种子；其中当所述第二多路选择器选择所述非易失性存储器种子时，所述反馈随机数是基于所述非易失性存储器种子来产生，而所述更新后熵种子是基于所述反馈随机数来产生。10.如权利要求1所述的基于物理不可复制功能的真随机数产生器，其特征在于，所述基于物理不可复制功能的真随机数产生器另包含一熵电路以用以提供所述初步种子，以及所述熵电路至少包含：一振荡器，用以输出多个随机单比特值，其中所述振荡器产生一周期性信号，所述周期性信号是在一振荡频率下于一第一逻辑值与一第二逻辑值之间变动，以及所述周期性信号是在一取样频率下被取样，以使得所述第一逻辑值与所述第二逻辑值随机地出现在所述多个随机单比特值中；其中所述取样频率异于所述振荡频率。11.一种用于产生真随机数的方法，其特征在于，可应用于一电子装置，包含：利用一第一混淆电路基于一第一物理不可复制功能值对一初步种子进行一第一混淆功能以产生一最终种子；利用一密码电路将所述最终种子当作一密码功能的一金钥以产生一初步随机数序列；以及利用一第二混淆电路基于一第二物理不可复制功能值对所述初步随机数序列进行一第二混淆功能以产生一最终随机数序列；其中所述第一物理不可复制功能值以及所述第二物理不可复制功能值是自所述电子装置的一物理不可复制功能池取得。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，利用所述第一混淆电路基于所述第一物理不可复制功能值对所述初步种子进行所述第一混淆功能以产生所述最终种子包含：利用所述第一混淆电路将所述初步种子与所述第一物理不可复制功能值进行拼接以产生所述最终种子。13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，另包含：产生多个随机单比特值；以及依据所述多个随机单比特值取得所述初步种子。14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，另包含：自一非易失性存储器取得所述初步种子，其中一反馈随机数于一或多个预定时间点被写入所述非易失性存储器，以更新存储于所述非易失性存储器内的所述初步种子，以及所述反馈随机数是自所述初步随机数序列或所述最终随机数序列取得。15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，另包含：自一熵电路取得一熵种子；自一非易失性存储器取得一非易失性存储器种子，其中一反馈随机数于一或多个预定时间点被写入所述非易失性存储器中，以更新存储于所述非易失性存储器内的所述非易失性存储器种子，以及所述反馈随机数是自所述初步随机数序列或所述最终随机数序列取得；利用一测试电路测试所述熵种子以产生一测试结果；以及利用一多路选择器因应所述测试结果以自所述熵种子与所述非易失性存储器种子选择其中一者，以供输出为所述初步种子。16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述测试电路是对所述熵种子进行健康程度测试，自所述熵种子与所述非易失性存储器种子选择其中一者的步骤包含：当所述测试结果指出所述熵电路处在一健康状态时，选择所述熵种子以作为所述初步种子；以及当所述测试结果指出所述熵电路处在一非健康状态时，选择所述非易失性存储器种子作为所述初步种子。17.如权利要求11所述的方法，其特征在于，另包含：产生一随机控制比特；以及因应所述随机控制比特以决定是否借助于一反馈随机数来更新一熵种子，其中所述反馈随机数是自所述初步随机数序列或所述最终随机数序列取得。18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，因应所述随机控制比特以决定是否借助于所述反馈随机数来更新所述熵种子的步骤包含：基于所述反馈随机数对所述熵种子进行一第三混淆功能以产生一更新后熵种子；以及因应所述随机控制比特以自更新前的所述熵种子与所述更新后熵种子选择其中一者，以输出一最新熵种子。19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，另包含：自一非易失性存储器取得一非易失性存储器种子，其中所述反馈随机数于一或多个预定时间点被写入所述非易失性存储器中，以更新存储于所述非易失性存储器中的所述非易失性存储器种子；以及
自所述非易失性存储器种子与所述熵种子选择其中一者以作为所述初步种子；其中当所述非易失性存储器种子被选择时，所述反馈随机数是基于所述非易失性存储器种子来产生，而所述更新后熵种子是基于所述反馈随机数来产生。20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，产生所述随机控制比特的步骤包含：利用一振荡器产生一周期性信号，所述周期性信号是在一振荡频率下于一第一逻辑值与一第二逻辑值之间变动；以及在一取样频率下对所述周期性信号进行取样，以使得所述第一逻辑值与所述第二逻辑值随机地出现在所述振荡器输出的多个随机单比特值中以产生所述随机控制比特；其中所述取样频率异于所述振荡频率。

技术总结
本发明公开了一种基于物理不可复制功能(简称PUF)的真随机数产生器以及用于产生真随机数的方法。所述基于PUF的随机数产生器可包含第一混淆电路、耦接至所述第一混淆电路的密码电路、以及耦接至所述密码电路的第二混淆电路。所述第一混淆电路自所述电子装置的PUF池取得第一PUF值，并且基于所述第一PUF值对初步种子进行第一混淆功能以产生最终种子。所述密码电路利用所述最终种子作为密码功能的金钥以产生多个初步随机数。所述第二混淆电路自所述PUF池取得第二PUF值，并且基于所述第二PUF值对所述多个初步随机数进行第二混淆功能以产生多个最终随机数。本发明能改善基于物理不可复制功能的真随机数产生器的安全性以及输出随机性。出随机性。出随机性。


技术研发人员：游钧元 刘用翔 庄恺莘
受保护的技术使用者：熵码科技股份有限公司
技术研发日：2021.05.26
技术公布日：2021/12/7