真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器及方法、真隨機(jī)數(shù)密鑰加密系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器及方法、真隨機(jī)數(shù)密鑰加密系統(tǒng)及方法。該真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器包括:模擬信號(hào)獲取單元,使用一個(gè)或多個(gè)自然界中的物理現(xiàn)象獲取模擬信號(hào);模擬信號(hào)處理單元,對(duì)一個(gè)或多個(gè)該模擬信號(hào)進(jìn)行處理,獲得處理后的模擬信號(hào);模數(shù)轉(zhuǎn)換單元,對(duì)處理后的模擬信號(hào)進(jìn)行放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號(hào);真隨機(jī)數(shù)信號(hào)生產(chǎn)單元,對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理,生成真隨機(jī)數(shù)信號(hào):計(jì)算數(shù)字信號(hào)的自相關(guān)函數(shù),根據(jù)自相關(guān)函數(shù)計(jì)算出數(shù)字信號(hào)的功率譜,根據(jù)該功率譜計(jì)算出白化濾波器的頻譜作為該真隨機(jī)數(shù)信號(hào)。
【專利說明】真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器及方法、真隨機(jī)數(shù)密鑰加密系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器及該真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的真隨機(jī)數(shù)生成方法、應(yīng)用 該真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的真隨機(jī)數(shù)密鑰加密系統(tǒng)、該真隨機(jī)數(shù)密鑰加密系統(tǒng)的加密方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著信息化的高速發(fā)展,人們對(duì)信息安全的需求越來越多。人員流動(dòng)、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)、 金融危機(jī)、敵對(duì)勢(shì)力等都給企事業(yè)單位的發(fā)展帶來巨大風(fēng)險(xiǎn),內(nèi)部竊密、黑客攻擊、無意識(shí) 泄密等竊密手段成為了人與人之間、企業(yè)與企業(yè)之間、國(guó)與國(guó)之間的安全隱患。傳統(tǒng)的人傳 遞信息,雖然可靠性高、但時(shí)效性低,影響信息處理等的后續(xù)工作。因此加密系統(tǒng)的研究與 發(fā)展顯得尤為重要。
[0003] 在加密應(yīng)用中,經(jīng)常用到隨機(jī)數(shù)作為密鑰。因此,隨機(jī)數(shù)廣泛應(yīng)用于密碼學(xué)中?,F(xiàn) 有隨機(jī)數(shù)有兩種,如下介紹。
[0004] 1.偽隨機(jī)數(shù):它是由算法計(jì)算得出的,是可以預(yù)測(cè)的,也就是說當(dāng)隨機(jī)種子相同 時(shí),對(duì)于同一個(gè)隨機(jī)函數(shù),得出的隨機(jī)數(shù)列是固定不變的。偽隨機(jī)數(shù)的生成方法有:取中法, 移位法和同余。
[0005] 2.真隨機(jī)數(shù):想要實(shí)現(xiàn)真隨機(jī)數(shù)靠程序是永遠(yuǎn)無法實(shí)現(xiàn)的,很多情況下只能利用 一些物理現(xiàn)象,比如布朗運(yùn)動(dòng),量子效應(yīng),放射性衰變等。如以下介紹。
[0006] 2. 1振蕩器采樣:利用熱噪聲放大后,影響一個(gè)由電壓控制的振蕩器,通過另一個(gè) 高頻振蕩器來收集數(shù)據(jù)。
[0007] 2. 2直接放大電路噪聲:利用電路中各種噪聲,如上述的熱噪聲作為隨機(jī)源,對(duì)其 放大,然后對(duì)一定時(shí)間內(nèi)超過閾值的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),這樣就產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)。
[0008] 2. 3電路亞穩(wěn)態(tài):亞穩(wěn)態(tài)表示觸發(fā)器無法在規(guī)定時(shí)間內(nèi)達(dá)到一個(gè)可確認(rèn)狀態(tài),一 定條件下,觸發(fā)器達(dá)到兩個(gè)穩(wěn)態(tài)的幾率為50%,所以先使電路進(jìn)入亞穩(wěn)態(tài),之后根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn) 化為隨機(jī)數(shù)。
[0009] 2. 4混沌電路:不可預(yù)測(cè),對(duì)初始條件的敏感的依賴性。以及混沌電路在芯片中易 于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn),可以產(chǎn)生效果不錯(cuò)的隨機(jī)數(shù)。
[0010] 2. 5利用物理信息,如宇宙射線,粒子衰變,空氣噪聲等作為隨機(jī)源,來產(chǎn)生隨機(jī) 數(shù)。
[0011] 然而以上隨機(jī)數(shù)存在如下問題。
[0012] (1)偽隨機(jī)數(shù)不真正地隨機(jī),它們實(shí)際上是可以計(jì)算出來的,一旦知道生成方法和 一些參數(shù)(例如隨機(jī)數(shù)種子),就可得到完全相同的偽隨機(jī)數(shù),從而進(jìn)行密碼破譯。因此偽 隨機(jī)數(shù)不宜在密碼學(xué)中應(yīng)用。
[0013] (2)真隨機(jī)數(shù):真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器可能無法確定分布,無法保證平穩(wěn)和數(shù)據(jù)間的獨(dú) 立性,給破譯帶來可能。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0014] 有鑒于此,本發(fā)明提供一種真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器及該真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的真隨機(jī)數(shù)生成 方法、應(yīng)用該真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的真隨機(jī)數(shù)密鑰加密系統(tǒng)、該真隨機(jī)數(shù)密鑰加密系統(tǒng)的加密 方法,其使用超級(jí)長(zhǎng)度的真隨機(jī)數(shù)作為數(shù)據(jù)文件的加密密鑰,秘鑰數(shù)據(jù)絕無任何規(guī)律可循。
[0015] 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的,一種真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器,其包括:
[0016] 模擬信號(hào)獲取單元,使用一個(gè)或多個(gè)自然界中的物理現(xiàn)象獲取模擬信號(hào);
[0017] 模擬信號(hào)處理單元,對(duì)一個(gè)或多個(gè)該模擬信號(hào)進(jìn)行處理,獲得處理后的模擬信 號(hào);
[0018] 模數(shù)轉(zhuǎn)換單元,對(duì)該處理后的模擬信號(hào)進(jìn)行放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換,得到數(shù)字信號(hào);
[0019] 真隨機(jī)數(shù)信號(hào)生產(chǎn)單元,對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理,生成真隨機(jī)數(shù)信號(hào);
[0020] 其中,該真隨機(jī)數(shù)信號(hào)生產(chǎn)單元對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行白化處理:計(jì)算該數(shù)字信號(hào)的 自相關(guān)函數(shù),根據(jù)該自相關(guān)函數(shù)計(jì)算出該數(shù)字信號(hào)的功率譜,根據(jù)該功率譜計(jì)算出白化濾 波器的頻譜作為該真隨機(jī)數(shù)信號(hào)。
[0021] 作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn),該模擬信號(hào)獲取單元利用電阻器件生成該模擬信 號(hào):測(cè)量該電阻器件上的自由電子的布朗運(yùn)動(dòng)引起的電流,作為該模擬信號(hào);或利用晶體 管生成該模擬信號(hào):測(cè)量該晶體管的電子不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)引起的電流,作為該模擬信號(hào);或 記錄自然界中的聲音,作為模擬信號(hào)。
[0022] 作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn),該模擬信號(hào)處理單元將該模擬信號(hào)的不同位置的信 號(hào)進(jìn)行相加,相乘處理,獲得處理后的模擬信號(hào);或?qū)⒍鄠€(gè)模擬信號(hào)的不同位置的信號(hào)進(jìn)行 相加,相乘處理,獲得處理后的模擬信號(hào)。
[0023] 本發(fā)明還提供一種真隨機(jī)數(shù)生產(chǎn)方法,其包括以下步驟:
[0024] (1)使用一個(gè)或多個(gè)自然界中的物理現(xiàn)象獲取模擬信號(hào);
[0025] (2)對(duì)一個(gè)或多個(gè)該模擬信號(hào)進(jìn)行處理,獲得處理后的模擬信號(hào);
[0026] (3)對(duì)該處理后的模擬信號(hào)進(jìn)行放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換,得到數(shù)字信號(hào);
[0027] (4)對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理,生成真隨機(jī)數(shù)信號(hào);其特征在于:
[0028] 在步驟(1)中,利用電阻器件生成該模擬信號(hào):測(cè)量該電阻器件上的自由電子的 布朗運(yùn)動(dòng)引起的電流,作為該模擬信號(hào);或利用晶體管生成該模擬信號(hào):測(cè)量該晶體管的 電子不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)引起的電流,作為該模擬信號(hào);或記錄自然界中的聲音,作為模擬信號(hào);
[0029] 在步驟(2)中,將該模擬信號(hào)的不同位置的信號(hào)進(jìn)行相加,相乘處理,獲得處理后 的模擬信號(hào);或?qū)⒍鄠€(gè)模擬信號(hào)的不同位置的信號(hào)進(jìn)行相加,相乘處理,獲得處理后的模擬 信號(hào);
[0030] 在步驟(4)中,對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行白化處理:計(jì)算該數(shù)字信號(hào)的自相關(guān)函數(shù),根據(jù) 該自相關(guān)函數(shù)計(jì)算出該數(shù)字信號(hào)的功率譜,根據(jù)該功率譜計(jì)算出白化濾波器的頻譜作為該 真隨機(jī)數(shù)信號(hào)。
[0031] 本發(fā)明還提供另一種真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器,其包括:
[0032] 模擬信號(hào)獲取單元,使用一個(gè)或多個(gè)自然界中的物理現(xiàn)象獲取模擬信號(hào);
[0033] 模數(shù)轉(zhuǎn)換單元,對(duì)該模擬信號(hào)進(jìn)行放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換,得到數(shù)字信號(hào);
[0034] 數(shù)字信號(hào)處理單元,對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理,獲得處理后的數(shù)字信號(hào);
[0035] 真隨機(jī)數(shù)信號(hào)生產(chǎn)單元,對(duì)該處理后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理,生成真隨機(jī)數(shù)信號(hào);其 中:
[0036] 該真隨機(jī)數(shù)信號(hào)生產(chǎn)單元對(duì)該處理后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行白化處理:計(jì)算該處理后的 數(shù)字信號(hào)的自相關(guān)函數(shù),根據(jù)該自相關(guān)函數(shù)計(jì)算出該處理后的數(shù)字信號(hào)的功率譜,根據(jù)該 功率譜計(jì)算出白化濾波器的頻譜作為該真隨機(jī)數(shù)信號(hào)。
[0037] 作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn),該模擬信號(hào)獲取單元利用電阻器件生成該模擬信 號(hào):測(cè)量該電阻器件上的自由電子的布朗運(yùn)動(dòng)引起的電流,作為該模擬信號(hào);或利用晶體 管生成該模擬信號(hào):測(cè)量該晶體管的電子不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)引起的電流,作為該模擬信號(hào);或 記錄自然界中的聲音,作為模擬信號(hào)。
[0038] 作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn),該數(shù)字信號(hào)處理單元將該數(shù)字信號(hào)的不同位置的信 號(hào)進(jìn)行相加,相乘處理,獲得該處理后的數(shù)字信號(hào);或?qū)⒍鄠€(gè)該數(shù)字信號(hào)的不同位置的信號(hào) 進(jìn)行相加,相乘處理,獲得該處理后的數(shù)字信號(hào)。
[0039] 本發(fā)明還提供另一種真隨機(jī)數(shù)生產(chǎn)方法,其包括以下步驟:
[0040] (1)使用一個(gè)或多個(gè)自然界中的物理現(xiàn)象獲取模擬信號(hào);
[0041] (2)對(duì)該模擬信號(hào)進(jìn)行放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換,得到數(shù)字信號(hào);
[0042] (3)對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理,獲得處理后的數(shù)字信號(hào);
[0043] (4)對(duì)該處理后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理,生成真隨機(jī)數(shù)信號(hào);其特征在于:
[0044] 在步驟(1)中,利用電阻器件生成該模擬信號(hào):測(cè)量該電阻器件上的自由電子的 布朗運(yùn)動(dòng)引起的電流,作為該模擬信號(hào);或利用晶體管生成該模擬信號(hào):測(cè)量該晶體管的 電子不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)引起的電流,作為該模擬信號(hào);或記錄自然界中的聲音,作為模擬信號(hào);
[0045] 在步驟(2)中,將該數(shù)字信號(hào)的不同位置的信號(hào)進(jìn)行相加,相乘處理,獲得該處理 后的數(shù)字信號(hào);或?qū)⒍鄠€(gè)該數(shù)字信號(hào)的不同位置的信號(hào)進(jìn)行相加,相乘處理,獲得該處理后 的數(shù)字信號(hào);
[0046] 在步驟(4)中,對(duì)該處理后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行白化處理:計(jì)算該處理后的數(shù)字信號(hào) 的自相關(guān)函數(shù),根據(jù)該自相關(guān)函數(shù)計(jì)算出該處理后的數(shù)字信號(hào)的功率譜,根據(jù)該功率譜計(jì) 算出白化濾波器的頻譜作為該真隨機(jī)數(shù)信號(hào)。
[0047] 本發(fā)明還提供一種真隨機(jī)數(shù)密鑰加密系統(tǒng),其包括可分發(fā)存儲(chǔ)介質(zhì)、真隨機(jī)數(shù)發(fā) 生器、防火墻和專用數(shù)據(jù)加解密機(jī)構(gòu),其中,該真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器為上述任一真隨機(jī)數(shù)發(fā)生 器,該防火墻為光纖單向數(shù)據(jù)隔離防火墻;該真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生真隨機(jī)數(shù)信號(hào)輸送至該 可分發(fā)存儲(chǔ)介質(zhì)進(jìn)行存儲(chǔ)作為密鑰,該專用數(shù)據(jù)加解密機(jī)構(gòu)透過該光纖單向數(shù)據(jù)隔離防火 墻向該可分發(fā)存儲(chǔ)介質(zhì)獲取該密鑰用于加密;該可分發(fā)存儲(chǔ)介質(zhì)將該密鑰以模塊化方式儲(chǔ) 存:將采集到的二進(jìn)制隨機(jī)數(shù)存儲(chǔ),每一定容量為一個(gè)模塊,其索引為模塊序號(hào)。
[0048] 本發(fā)明還提供一種真隨機(jī)數(shù)密鑰加密方法,其應(yīng)用于上述真隨機(jī)數(shù)密鑰加密系統(tǒng) 中,該真隨機(jī)數(shù)密鑰加密方法包括以下步驟:將該真隨機(jī)數(shù)信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)作為密鑰,存儲(chǔ)時(shí) 將該密鑰以模塊化方式儲(chǔ)存:將采集到的二進(jìn)制隨機(jī)數(shù)存儲(chǔ),每一定容量為一個(gè)模塊,其索 引為模塊序號(hào)。
[0049] 與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果是使用超級(jí)長(zhǎng)度的真隨機(jī)數(shù)作為數(shù)據(jù)文件的 加密密鑰,秘鑰數(shù)據(jù)絕無任何規(guī)律可循;使用超大容量存儲(chǔ)介質(zhì)(例如藍(lán)光光盤)作為秘鑰 存儲(chǔ)介質(zhì)和分發(fā)介質(zhì),秘鑰的長(zhǎng)度足以保證在較長(zhǎng)的使用時(shí)間內(nèi)以逐字逐密的方式對(duì)大量 明文數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理;密鑰以模塊化方式存儲(chǔ),每個(gè)秘鑰片段僅使用一次--每次加密 和解密使用不重復(fù)的密鑰片段。只要能確保用戶端秘鑰數(shù)據(jù)的安全就可以完全確保密文數(shù) 據(jù)不可破譯特性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0050] 圖1為本發(fā)明第一實(shí)施方式提供的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0051] 圖2為本發(fā)明第二佳實(shí)施方式提供的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0052] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白,以下結(jié)合附圖及實(shí)施實(shí)例, 對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解,此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明, 并不用于限定本發(fā)明。
[0053] 本發(fā)明的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器能產(chǎn)生真正的真隨機(jī)數(shù),真隨機(jī)數(shù)密鑰加密系統(tǒng)利用真 隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的真隨機(jī)數(shù)作為密鑰進(jìn)行加密。
[0054] 實(shí)施方式1
[0055] 1、密鑰產(chǎn)生
[0056] 如圖1所示,真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器包括模擬信號(hào)獲取單元1、模擬信號(hào)處理單元2、模數(shù) 轉(zhuǎn)換單元3、真隨機(jī)數(shù)信號(hào)生產(chǎn)單元4。
[0057] 模擬信號(hào)獲取單元1使用一個(gè)或多個(gè)自然界中的物理現(xiàn)象獲取模擬信號(hào)。具體 地,如利用電阻器件生成該模擬信號(hào):測(cè)量該電阻器件上的自由電子的布朗運(yùn)動(dòng)引起的電 流,作為該模擬信號(hào);或利用晶體管生成該模擬信號(hào):測(cè)量該晶體管的電子不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng) 引起的電流,作為該模擬信號(hào);或記錄自然界中的聲音,作為模擬信號(hào)。
[0058] 模擬信號(hào)處理單元2對(duì)一個(gè)或多個(gè)該模擬信號(hào)進(jìn)行處理,獲得處理后的模擬信 號(hào)。具體地,對(duì)一個(gè)模擬信號(hào)進(jìn)行處理時(shí):將這個(gè)模擬信號(hào)的不同位置的信號(hào)進(jìn)行相加,相 乘處理,獲得處理后的模擬信號(hào);對(duì)多個(gè)模擬信號(hào)進(jìn)行處理時(shí):將多個(gè)模擬信號(hào)的不同位 置的信號(hào)進(jìn)行相加,相乘處理,獲得處理后的模擬信號(hào)。
[0059] 模數(shù)轉(zhuǎn)換單元3對(duì)該處理后的模擬信號(hào)進(jìn)行放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換,得到數(shù)字信號(hào)。
[0060] 真隨機(jī)數(shù)信號(hào)生產(chǎn)單元4對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理,生成真隨機(jī)數(shù)信號(hào)。具體地,計(jì) 算該數(shù)字信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)根據(jù)自相關(guān)函數(shù)計(jì)算出該數(shù)字信號(hào)的功率譜H1 (S),將功率譜H1 (S)分解成在S的左半平面和后半平面,取功率譜在S的左半平面的那些 值,找出零、極點(diǎn),根據(jù)公式€(?)=α\?ω\α"\'?〇\α"\和/Z1 計(jì)算出白化 濾波器的頻譜,其中,α為零點(diǎn),β為極點(diǎn)。
[0061] 該真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的真隨機(jī)數(shù)生成步驟如下:
[0062] (1)使用一個(gè)或多個(gè)自然界中的物理現(xiàn)象獲取模擬信號(hào);
[0063] (2)對(duì)一個(gè)或多個(gè)該模擬信號(hào)進(jìn)行處理,獲得處理后的模擬信號(hào);
[0064] (3)對(duì)該處理后的模擬信號(hào)進(jìn)行放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換,得到數(shù)字信號(hào);
[0065] (4)對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理,生成真隨機(jī)數(shù)信號(hào)。
[0066] 在步驟(1)中,利用電阻器件生成該模擬信號(hào):測(cè)量該電阻器件上的自由電子的 布朗運(yùn)動(dòng)引起的電流,作為該模擬信號(hào);或利用晶體管生成該模擬信號(hào):測(cè)量該晶體管的 電子不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)引起的電流,作為該模擬信號(hào);或記錄自然界中的聲音,作為模擬信號(hào);
[0067] 在步驟(2)中,將該模擬信號(hào)的不同位置的信號(hào)進(jìn)行相加,相乘處理,獲得處理后 的模擬信號(hào);或?qū)⒍鄠€(gè)模擬信號(hào)的不同位置的信號(hào)進(jìn)行相加,相乘處理,獲得處理后的模擬 信號(hào);
[0068] 在步驟⑷中,對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行白化處理:計(jì)算該數(shù)字信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)GJC·),根據(jù)自相關(guān)函數(shù)GJ(ω〉」計(jì)算出該數(shù)字信號(hào)的功率譜H1 (s),將功率譜H1 (s)分解 成在S的左半平面和后半平面,取功率譜在S的左半平面的那些值,找出零、極點(diǎn),根據(jù)公式 0:((0)=^\?ω+〇"\''\?ω+α^和計(jì)算出白化濾波器的頻譜,其中,α為 L (,+A )..·(,+ /3/)」 G;(5) 零點(diǎn),β為極點(diǎn)。
[0069] 2、加密
[0070] 該真隨機(jī)數(shù)密鑰加密系統(tǒng)除了真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器還包括可分發(fā)存儲(chǔ)介質(zhì)、防火墻和 專用數(shù)據(jù)加解密機(jī)構(gòu)。該防火墻為光纖單向數(shù)據(jù)隔離防火墻。
[0071] 該真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生真隨機(jī)數(shù)信號(hào)輸送至該可分發(fā)存儲(chǔ)介質(zhì)進(jìn)行存儲(chǔ)作為密 鑰,該專用數(shù)據(jù)加解密機(jī)構(gòu)透過該光纖單向數(shù)據(jù)隔離防火墻向該可分發(fā)存儲(chǔ)介質(zhì)獲取該密 鑰用于加密。
[0072] 該可分發(fā)存儲(chǔ)介質(zhì)將該密鑰以模塊化方式儲(chǔ)存:將采集到的二進(jìn)制隨機(jī)數(shù)存儲(chǔ), 每一定容量為一個(gè)模塊,其索引為模塊序號(hào)。如利用數(shù)據(jù)庫(kù)將采集到的二進(jìn)制隨機(jī)數(shù)存儲(chǔ), 每IOMB為一個(gè)模塊,其索引為模塊序號(hào)。模塊序號(hào)由1為第一個(gè)模塊,其后依次遞增。該 可分發(fā)存儲(chǔ)介質(zhì)根據(jù)存儲(chǔ)大小可以選擇硬盤或者藍(lán)光光碟作為存儲(chǔ)媒介。
[0073] 真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器可利用電阻器件的自然熱噪聲,然后通過放大器放大之后使用高 速ADC采樣后,之后對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行功率譜均勻化處理,然后使用專用電路在大容量存儲(chǔ) 介質(zhì)即該該可分發(fā)存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)。真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器同時(shí)可以完成秘鑰副本(鏡像)的復(fù) 制工作??梢垣@得某個(gè)秘鑰版本的若干秘鑰副本,并用于秘鑰的分發(fā)。
[0074] 該真隨機(jī)數(shù)密鑰加密系統(tǒng)可采用成熟的基于PXIE構(gòu)架的FPGA高速數(shù)據(jù)采集和處 理模塊作為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。密鑰分發(fā),如在約定日期(例如每年年初),由專業(yè)人員或者通過機(jī) 密函件方式傳遞密鑰硬盤,為通信雙方分發(fā)新密鑰。
[0075] 加密系統(tǒng)與公網(wǎng)的隔離--光纖單向隔離防火墻,用于加密硬件系統(tǒng)和外部非安 全網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)安全隔離,用于防止外部網(wǎng)絡(luò)對(duì)的加密硬件系統(tǒng)的攻擊。故采用專門設(shè)計(jì)的 光纖單向隔離防火墻硬件系統(tǒng)作為隔離防火墻。
[0076] 針對(duì)真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器可設(shè)計(jì)加密和解密硬件模塊,然后結(jié)合工控處理機(jī),將加密 或解密文件路徑導(dǎo)入,并導(dǎo)入下一個(gè)未用模塊序號(hào)的數(shù)據(jù)庫(kù)密鑰,設(shè)置輸出文件路徑確認(rèn) 即可完成。
[0077] 本發(fā)明首先真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生數(shù)T字節(jié)的超長(zhǎng)隨機(jī)數(shù)并復(fù)制和存儲(chǔ)于大容量 存儲(chǔ)介質(zhì)中。然后定期(例如每一年)通過專用渠道分發(fā)該超長(zhǎng)秘鑰。用戶使用時(shí)根據(jù)約 定一次性選用與明文長(zhǎng)度相當(dāng)?shù)拿罔€,然后在專用數(shù)據(jù)加密機(jī)對(duì)明文進(jìn)行逐字逐密的加密 運(yùn)算。加密后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行交織和糾檢錯(cuò)編碼然后送入單向隔離防火墻并融入公共數(shù)據(jù)通訊 網(wǎng)絡(luò)并發(fā)送給對(duì)方用戶。對(duì)方用戶收到密文后做反向處理,然后使用約定的一次性秘鑰進(jìn) 行解密運(yùn)算,還原密文為明文。
[0078] 實(shí)施方式2
[0079] 實(shí)施方式1與實(shí)施方式2的區(qū)別在于,實(shí)施方式1是先進(jìn)行模擬信號(hào)處理后再轉(zhuǎn) 換為數(shù)字信號(hào),而實(shí)施方式2是先轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后再進(jìn)行模擬信號(hào)處理。
[0080] 1、密鑰產(chǎn)生
[0081] 如圖2所示,真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器包括模擬信號(hào)獲取單元21、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元22、數(shù)字信 號(hào)處理單元23、真隨機(jī)數(shù)信號(hào)生產(chǎn)單元24。
[0082] 模擬信號(hào)獲取單元21使用一個(gè)或多個(gè)自然界中的物理現(xiàn)象獲取模擬信號(hào)。具體 地,如利用電阻器件生成該模擬信號(hào):測(cè)量該電阻器件上的自由電子的布朗運(yùn)動(dòng)引起的電 流,作為該模擬信號(hào);或利用晶體管生成該模擬信號(hào):測(cè)量該晶體管的電子不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng) 引起的電流,作為該模擬信號(hào);或記錄自然界中的聲音,作為模擬信號(hào)。
[0083] 模數(shù)轉(zhuǎn)換單元22對(duì)該模擬信號(hào)進(jìn)行放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換,得到數(shù)字信號(hào)。
[0084] 數(shù)字信號(hào)處理單元23對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理,獲得處理后的數(shù)字信號(hào)。對(duì)一個(gè)數(shù) 字信號(hào)進(jìn)行處理,獲得處理后的數(shù)字信號(hào):將這個(gè)數(shù)字信號(hào)的不同位置的信號(hào)進(jìn)行相加,相 乘處理,獲得處理后的數(shù)字信號(hào);對(duì)多個(gè)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理,獲得處理后的數(shù)字信號(hào):將多 個(gè)數(shù)字信號(hào)的不同位置的信號(hào)進(jìn)行相加,相乘處理,獲得處理后的數(shù)字信號(hào)。
[0085] 真隨機(jī)數(shù)信號(hào)生產(chǎn)單元24對(duì)該處理后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理,生成真隨機(jī)數(shù)信號(hào)。 具體地,對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行白化處理:計(jì)算該處理后的數(shù)字信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)根 據(jù)自相關(guān)函數(shù)Gi〔ω)計(jì)算出該處理后的數(shù)字信號(hào)的功率譜H1 (s),將功率譜H1 (s)分解成 在s的左半平面和后半平面,取功率譜在s的左半平面的那些值,找出零、極點(diǎn),根據(jù)公式 €(?)=α\!ω+α〇\'?°\α〇\和計(jì)算出白化濾波器的頻譜,其中,α為 零點(diǎn),β為極點(diǎn)。
[0086] 該真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的真隨機(jī)數(shù)生成步驟如下:
[0087] (1)使用一個(gè)或多個(gè)自然界中的物理現(xiàn)象獲取模擬信號(hào);
[0088] (2)對(duì)該模擬信號(hào)進(jìn)行放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換,得到數(shù)字信號(hào);
[0089] (3)對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理,獲得處理后的數(shù)字信號(hào);
[0090] (4)對(duì)該處理后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理,生成真隨機(jī)數(shù)信號(hào)。
[0091] 在步驟(1)中,利用電阻器件生成該模擬信號(hào):測(cè)量該電阻器件上的自由電子的 布朗運(yùn)動(dòng)引起的電流,作為該模擬信號(hào);或利用晶體管生成該模擬信號(hào):測(cè)量該晶體管的 電子不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)引起的電流,作為該模擬信號(hào);或記錄自然界中的聲音,作為模擬信號(hào);
[0092] 在步驟(2)中,將該數(shù)字信號(hào)的不同位置的信號(hào)進(jìn)行相加,相乘處理,獲得該處理 后的數(shù)字信號(hào);或?qū)⒍鄠€(gè)該數(shù)字信號(hào)的不同位置的信號(hào)進(jìn)行相加,相乘處理,獲得該處理后 的數(shù)字信號(hào);
[0093]在步驟(4)中,對(duì)該處理后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行白化處理:計(jì)算該處理后的數(shù)字信 號(hào)的自相關(guān)函數(shù):Gi(co),根據(jù)自相關(guān)函數(shù)〇?(ω)甘算出該處理后的數(shù)字信號(hào)的功率譜 H1 (s),將功率譜H1 (s)分解成在s的左半平面和后半平面,取功率譜在s的左半平面的那些 值,找出零、極點(diǎn),根據(jù)公式G(?)=α!7::;1))::·).:=;))和/Α計(jì)算出白化 濾波器的頻譜,其中,α為零點(diǎn),β為極點(diǎn)。
[0094] 2、加密
[0095] 該真隨機(jī)數(shù)密鑰加密系統(tǒng)除了真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器還包括可分發(fā)存儲(chǔ)介質(zhì)、防火墻和 專用數(shù)據(jù)加解密機(jī)構(gòu)。該防火墻為光纖單向數(shù)據(jù)隔離防火墻。
[0096] 該真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生真隨機(jī)數(shù)信號(hào)輸送至該可分發(fā)存儲(chǔ)介質(zhì)進(jìn)行存儲(chǔ)作為密 鑰,該專用數(shù)據(jù)加解密機(jī)構(gòu)透過該光纖單向數(shù)據(jù)隔離防火墻向該可分發(fā)存儲(chǔ)介質(zhì)獲取該密 鑰用于加密。
[0097] 該可分發(fā)存儲(chǔ)介質(zhì)將該密鑰以模塊化方式儲(chǔ)存:將采集到的二進(jìn)制隨機(jī)數(shù)存儲(chǔ), 每一定容量為一個(gè)模塊,其索引為模塊序號(hào)。如利用數(shù)據(jù)庫(kù)將采集到的二進(jìn)制隨機(jī)數(shù)存儲(chǔ), 每IOMB為一個(gè)模塊,其索引為模塊序號(hào)。模塊序號(hào)由1為第一個(gè)模塊,其后依次遞增。該 可分發(fā)存儲(chǔ)介質(zhì)根據(jù)存儲(chǔ)大小可以選擇硬盤或者藍(lán)光光碟作為存儲(chǔ)媒介。
[0098] 真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器可利用電阻器件的自然熱噪聲,然后通過放大器放大之后使用高 速ADC采樣后,之后對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行功率譜均勻化處理,然后使用專用電路在大容量存儲(chǔ) 介質(zhì)即該該可分發(fā)存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)。真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器同時(shí)可以完成秘鑰副本(鏡像)的復(fù) 制工作??梢垣@得某個(gè)秘鑰版本的若干秘鑰副本,并用于秘鑰的分發(fā)。
[0099] 該真隨機(jī)數(shù)密鑰加密系統(tǒng)可采用成熟的基于PXIE構(gòu)架的FPGA高速數(shù)據(jù)采集和處 理模塊作為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。密鑰分發(fā),如在約定日期(例如每年年初),由專業(yè)人員或者通過機(jī) 密函件方式傳遞密鑰硬盤,為通信雙方分發(fā)新密鑰。
[0100] 加密系統(tǒng)與公網(wǎng)的隔離--光纖單向隔離防火墻,用于加密硬件系統(tǒng)和外部非安 全網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)安全隔離,用于防止外部網(wǎng)絡(luò)對(duì)的加密硬件系統(tǒng)的攻擊。故采用專門設(shè)計(jì)的 光纖單向隔離防火墻硬件系統(tǒng)作為隔離防火墻。
[0101] 針對(duì)真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器可設(shè)計(jì)加密和解密硬件模塊,然后結(jié)合工控處理機(jī),將加密 或解密文件路徑導(dǎo)入,并導(dǎo)入下一個(gè)未用模塊序號(hào)的數(shù)據(jù)庫(kù)密鑰,設(shè)置輸出文件路徑確認(rèn) 即可完成。
[0102] 本發(fā)明首先真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生數(shù)T字節(jié)的超長(zhǎng)隨機(jī)數(shù)并復(fù)制和存儲(chǔ)于大容量 存儲(chǔ)介質(zhì)中。然后定期(例如每一年)通過專用渠道分發(fā)該超長(zhǎng)秘鑰。用戶使用時(shí)根據(jù)約 定一次性選用與明文長(zhǎng)度相當(dāng)?shù)拿罔€,然后在專用數(shù)據(jù)加密機(jī)對(duì)明文進(jìn)行逐字逐密的加密 運(yùn)算。加密后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行交織和糾檢錯(cuò)編碼然后送入單向隔離防火墻并融入公共數(shù)據(jù)通訊 網(wǎng)絡(luò)并發(fā)送給對(duì)方用戶。對(duì)方用戶收到密文后做反向處理,然后使用約定的一次性秘鑰進(jìn) 行解密運(yùn)算,還原密文為明文。
[0103] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已,并不用以限制本發(fā)明,凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器,其包括: 模擬信號(hào)獲取單元,使用一個(gè)或多個(gè)自然界中的物理現(xiàn)象獲取模擬信號(hào); 模擬信號(hào)處理單元,對(duì)一個(gè)或多個(gè)該模擬信號(hào)進(jìn)行處理,獲得處理后的模擬信號(hào); 模數(shù)轉(zhuǎn)換單元,對(duì)該處理后的模擬信號(hào)進(jìn)行放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換,得到數(shù)字信號(hào); 真隨機(jī)數(shù)信號(hào)生產(chǎn)單元,對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理,生成真隨機(jī)數(shù)信號(hào);其特征在于: 該真隨機(jī)數(shù)信號(hào)生產(chǎn)單元對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行白化處理:計(jì)算該數(shù)字信號(hào)的自相關(guān)函 數(shù),根據(jù)該自相關(guān)函數(shù)計(jì)算出該數(shù)字信號(hào)的功率譜,根據(jù)該功率譜計(jì)算出白化濾波器的頻 譜作為該真隨機(jī)數(shù)信號(hào)。
2. 如權(quán)利要求1所述的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器,其特征在于:該模擬信號(hào)獲取單元利用電阻 器件生成該模擬信號(hào):測(cè)量該電阻器件上的自由電子的布朗運(yùn)動(dòng)引起的電流,作為該模擬 信號(hào);或利用晶體管生成該模擬信號(hào):測(cè)量該晶體管的電子不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)引起的電流,作 為該模擬信號(hào);或記錄自然界中的聲音,作為模擬信號(hào)。
3. 如權(quán)利要求1所述的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器,其特征在于:該模擬信號(hào)處理單元將該模擬 信號(hào)的不同位置的信號(hào)進(jìn)行相加,相乘處理,獲得處理后的模擬信號(hào);或?qū)⒍鄠€(gè)模擬信號(hào)的 不同位置的信號(hào)進(jìn)行相加,相乘處理,獲得處理后的模擬信號(hào)。
4. 一種真隨機(jī)數(shù)生產(chǎn)方法,其包括以下步驟: (1) 使用一個(gè)或多個(gè)自然界中的物理現(xiàn)象獲取模擬信號(hào); (2) 對(duì)一個(gè)或多個(gè)該模擬信號(hào)進(jìn)行處理,獲得處理后的模擬信號(hào); (3) 對(duì)該處理后的模擬信號(hào)進(jìn)行放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換,得到數(shù)字信號(hào); (4) 對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理,生成真隨機(jī)數(shù)信號(hào);其特征在于: 在步驟(1)中,利用電阻器件生成該模擬信號(hào):測(cè)量該電阻器件上的自由電子的布朗 運(yùn)動(dòng)引起的電流,作為該模擬信號(hào);或利用晶體管生成該模擬信號(hào):測(cè)量該晶體管的電子 不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)引起的電流,作為該模擬信號(hào);或記錄自然界中的聲音,作為模擬信號(hào); 在步驟(2)中,將該模擬信號(hào)的不同位置的信號(hào)進(jìn)行相加,相乘處理,獲得處理后的模 擬信號(hào);或?qū)⒍鄠€(gè)模擬信號(hào)的不同位置的信號(hào)進(jìn)行相加,相乘處理,獲得處理后的模擬信 號(hào); 在步驟(4)中,對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行白化處理:計(jì)算該數(shù)字信號(hào)的自相關(guān)函數(shù),根據(jù)該自 相關(guān)函數(shù)計(jì)算出該數(shù)字信號(hào)的功率譜,根據(jù)該功率譜計(jì)算出白化濾波器的頻譜作為該真隨 機(jī)數(shù)信號(hào)。
5. -種真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器,其包括: 模擬信號(hào)獲取單元,使用一個(gè)或多個(gè)自然界中的物理現(xiàn)象獲取模擬信號(hào); 模數(shù)轉(zhuǎn)換單元,對(duì)該模擬信號(hào)進(jìn)行放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換,得到數(shù)字信號(hào); 數(shù)字信號(hào)處理單元,對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理,獲得處理后的數(shù)字信號(hào); 真隨機(jī)數(shù)信號(hào)生產(chǎn)單元,對(duì)該處理后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理,生成真隨機(jī)數(shù)信號(hào);其特征 在于: 該真隨機(jī)數(shù)信號(hào)生產(chǎn)單元對(duì)該處理后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行白化處理:計(jì)算該處理后的數(shù)字 信號(hào)的自相關(guān)函數(shù),根據(jù)該自相關(guān)函數(shù)計(jì)算出該處理后的數(shù)字信號(hào)的功率譜,根據(jù)該功率 譜計(jì)算出白化濾波器的頻譜作為該真隨機(jī)書信號(hào)。
6. 如權(quán)利要求5所述的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器,其特征在于:該模擬信號(hào)獲取單元利用電阻 器件生成該模擬信號(hào):測(cè)量該電阻器件上的自由電子的布朗運(yùn)動(dòng)引起的電流,作為該模擬 信號(hào);或利用晶體管生成該模擬信號(hào):測(cè)量該晶體管的電子不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)引起的電流,作 為該模擬信號(hào);或記錄自然界中的聲音,作為模擬信號(hào)。
7. 如權(quán)利要求5所述的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器,其特征在于:該數(shù)字信號(hào)處理單元將該數(shù)字 信號(hào)的不同位置的信號(hào)進(jìn)行相加,相乘處理,獲得該處理后的數(shù)字信號(hào);或?qū)⒍鄠€(gè)該數(shù)字信 號(hào)的不同位置的信號(hào)進(jìn)行相加,相乘處理,獲得該處理后的數(shù)字信號(hào)。
8. -種真隨機(jī)數(shù)生產(chǎn)方法,其包括以下步驟: (1) 使用一個(gè)或多個(gè)自然界中的物理現(xiàn)象獲取模擬信號(hào); (2) 對(duì)該模擬信號(hào)進(jìn)行放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換,得到數(shù)字信號(hào); (3) 對(duì)該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理,獲得處理后的數(shù)字信號(hào); (4) 對(duì)該處理后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理,生成真隨機(jī)數(shù)信號(hào);其特征在于: 在步驟(1)中,利用電阻器件生成該模擬信號(hào):測(cè)量該電阻器件上的自由電子的布朗 運(yùn)動(dòng)引起的電流,作為該模擬信號(hào);或利用晶體管生成該模擬信號(hào):測(cè)量該晶體管的電子 不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)引起的電流,作為該模擬信號(hào);或記錄自然界中的聲音,作為模擬信號(hào); 在步驟(2)中,將該數(shù)字信號(hào)的不同位置的信號(hào)進(jìn)行相加,相乘處理,獲得該處理后的 數(shù)字信號(hào);或?qū)⒍鄠€(gè)該數(shù)字信號(hào)的不同位置的信號(hào)進(jìn)行相加,相乘處理,獲得該處理后的數(shù) 字信號(hào); 在步驟(4)中,對(duì)該處理后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行白化處理:計(jì)算該處理后的數(shù)字信號(hào)的自 相關(guān)函數(shù),根據(jù)該自相關(guān)函數(shù)計(jì)算出該處理后的數(shù)字信號(hào)的功率譜,根據(jù)該功率譜計(jì)算出 白化濾波器的頻譜作為該真隨機(jī)數(shù)信號(hào)。
9. 一種真隨機(jī)數(shù)密鑰加密系統(tǒng),其包括可分發(fā)存儲(chǔ)介質(zhì)、真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器、防火墻和專 用數(shù)據(jù)加解密機(jī)構(gòu),其特征在于:該真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器為如權(quán)利要求1至3、權(quán)利要求5至7中 任意一項(xiàng)所述的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器,該防火墻為光纖單向數(shù)據(jù)隔離防火墻;該真隨機(jī)數(shù)發(fā)生 器產(chǎn)生真隨機(jī)數(shù)信號(hào)輸送至該可分發(fā)存儲(chǔ)介質(zhì)進(jìn)行存儲(chǔ)作為密鑰,該專用數(shù)據(jù)加解密機(jī)構(gòu) 透過該光纖單向數(shù)據(jù)隔離防火墻向該可分發(fā)存儲(chǔ)介質(zhì)獲取該密鑰用于加密;該可分發(fā)存儲(chǔ) 介質(zhì)將該密鑰以模塊化方式儲(chǔ)存:將采集到的二進(jìn)制隨機(jī)數(shù)存儲(chǔ),每一定容量為一個(gè)模塊, 其索引為模塊序號(hào)。
10. -種真隨機(jī)數(shù)密鑰加密方法,其應(yīng)用于如權(quán)利要求9所述的真隨機(jī)數(shù)密鑰加密系 統(tǒng)中,其特征在于:該真隨機(jī)數(shù)密鑰加密方法包括以下步驟: 將該真隨機(jī)數(shù)信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)作為密鑰,存儲(chǔ)時(shí)將該密鑰以模塊化方式儲(chǔ)存:將采集到 的二進(jìn)制隨機(jī)數(shù)存儲(chǔ),每一定容量為一個(gè)模塊,其索引為模塊序號(hào)。
【文檔編號(hào)】H04L9/06GK104317552SQ201410623403
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月6日
【發(fā)明者】龔明, 王茁, 詹麗華, 魯禮云, 李超君 申請(qǐng)人:昆明通渡電氣有限公司