用振蕩器采樣隨機數發(fā)生器保證網(wǎng)絡(luò )SoC設計加密算法的安全性

　　混合函數

　　即使采用了所有上述技術(shù)，仍然存在這樣一些擔憂(yōu)，即由于存在多種非隨機數據源(如前面提及的多個(gè)振蕩器源組合)，系統固有的隨機性可能受到影響。采用功能強大的混合函數可以確保隨機源的隨機性，這些函數將兩個(gè)或更多采樣位進(jìn)行組合，然后產(chǎn)生一個(gè)輸出位，該輸出位是先前各輸入位的復雜非線(xiàn)性函數。當然，這樣獲得的輸出隨機位數不可能多于輸入位數。對這個(gè)函數期望的功能是任何輸入位的改變都會(huì )引起大約一半輸出位的改變，這些混合函數也可作為更復雜的糾偏方法去除位流偏差，如同前面討論的那樣。

　　一般情況下，混合函數功能越強，它所占用的芯片面積也越大，前面提到的級聯(lián)XOR便是很簡(jiǎn)單的一例。DES加密/解密算法則是更為復雜的例子，因為它需要120個(gè)輸入位，產(chǎn)生64個(gè)輸出位，每一個(gè)輸出位都依賴(lài)一個(gè)涉及所有輸入位的復雜非線(xiàn)性函數，其它加密/解密算法的工作方式也類(lèi)似?；炫藕瘮狄部捎米鲝姶蟮幕旌虾瘮?，它們使用任意長(cháng)度的輸入位，并產(chǎn)生一定長(cháng)度的信息摘要。同樣，設計工程師需要進(jìn)行權衡，要在額外開(kāi)銷(xiāo)與所生成的位流無(wú)法達到期望隨機度之間做選擇。

　　統計評估

　　美國商業(yè)部創(chuàng )建了多種用來(lái)評估加密應用中隨機數發(fā)生器隨機程度的標準，美國國家標準技術(shù)研究所(NIST)出版的“800-22特刊”推薦了一種全面的隨機數發(fā)生器統計測試方法，并嚴格規定了滿(mǎn)足各種程度隨機性的衡量標準。測試工程師可在驗證過(guò)程中使用這種測試方法或其它類(lèi)似測試，檢驗設計是否具有非隨機特征，從而判斷是否達到了某種程度的隨機性。NIST統計測試套件中規定了16種不同類(lèi)型的測試，以便能發(fā)現被測隨機數發(fā)生器的缺陷。

　　NIST FIPS 140-2是美國商業(yè)部頒發(fā)的另一份文件，它定義了設計者在安全應用中采用加密設備時(shí)必須遵守的一系列要求。其中一個(gè)最重要的要求是任何使用隨機數發(fā)生器的實(shí)時(shí)加密模塊必須提供加電能力并可對RNG功能進(jìn)行持續的實(shí)時(shí)測試，確保它在工作過(guò)程中不出現故障，如果在規定的統計測試中出現任何失敗，RNG模塊都必須進(jìn)入一種錯誤狀態(tài)。對于SoC設計來(lái)說(shuō)，這意味著(zhù)如果最終產(chǎn)品希望獲得美國政府安全標準許可的話(huà)，那么進(jìn)行測試的測試器模塊必須集成在設備本身之中并滿(mǎn)足規定的要求。

　　某些產(chǎn)生非確定性噪聲源的技術(shù)也許并不適用，這取決于是使用標準單元設計還是使用客戶(hù)定制布局設計。的確可以保證一項設計達到期望的隨機度，但這種保證的代價(jià)是增加芯片尺寸以便實(shí)現冗余結構或更為復雜的后處理功能。即便是精心規劃的設計，最后階段也必須通過(guò)統計測試套件的驗證，只有這樣才能說(shuō)設計達到了期望的隨機度。