一种新的混沌随机数生成器实现方案

案做对比，如图4所示，点线表示本文提出的方案，实线表示69是文献中的方案。通过对比可以很明显地看出改进后的混沌RNC性能优于采用伪随机高斯噪声的传统混沌RNG方案。

仅仅由冗余度来衡量一个RNG是不够的。为了了解本文提出的混沌RNG输出序列的随机性是否实现了"随机"，我们根据美国国家标准及技术研究所(NIST)的要求对本文的混沌RNC方案产生的随机数序列的随机性进行一系列测试。测试所用数据为慢速时钟=8kHz，高速时钟=100MHz，输出精度为8bit的输出值，测试长度为3 000 000个8位随机数的序列，表1为测试结果。

经过以上一系列的随机性测试，RNG表现良好，在置信水平为95％的情况下通过了全部测试，没有表现出非随机性，并且在信源相关度的测试(correlation order test)中性能超过了参考文献中的混沌RNG方案。这项测试是测试一个随机数序列的相邻随机数的相关度。一个理想RNG的前后随机数相关度应该为0。由表1中数据可知，本文的混沌RNG测试结果更接近于理想RNG。因此可以认为，就目前已知的测试随机数的随机性的测试结果表明，本文介绍的混沌RNG生成的随机数序列是比较好的。

光谱测试可以直观地显示出随机数序列与其自身的相关情况。通过图5可以更直观地看到一个相关度低的RNG与一个伪RNG(用10位线性反馈移位寄存器来做例子)的对比。相关度为0的理想RNG应该均匀分布在整个二维空间内，线性反馈移位寄存器的测试结果(图b)就反映出了它的高相关度，而本文提出的混沌RNG方案的测试结果(图a)则显示了其不可预测性与无规则性分布。

2 硬件实现

本文采用混沌KNG，这块开发板上自带两个独立的(不同相位)时钟源，二者都可以输出8k～100MHz的不同频率的时钟。选择慢速时钟信号频率范围为8k～1MHz，高速时钟信号频率为100MHz，输出精度为8bit。其逻辑使用资源情况如表2所示。

从表2可以看到，在硬件上以极低的逻辑资源使用(18个Slices约合1800+门)实现了本文提出的混沌RNG方案，对比参

考文献中的方案(3000+门)，该电路得到大大简化，而参考文献中的伪高斯噪声生成器占用了很大的硬件资源。该方案的最高输出速率受到了板载最高时钟频率的限制。如果本文的混沌RNG用IC方案实现，则可以进一步减小所需要的硬件资源并进一步提高输出速率。

本文提出的方案通过了一系列高要求的随机性测试，其逻辑资源的占用远小于传统的混沌RNG方案，最高输出速率可达8Mbps。因而这种RNG方案可以用于对安全性和性能需求日益增长的加密系统中。

器采样输出信号进行模2加操作(异或)，再通过S／H产生最后的输出x(n)，x(n)被反馈到寄存器中进行下次操作。