技术摘要：
本发明提供了一种真随机数发生装置及发生方法。所述发生装置包括控制模块、随机数发生模块和随机数读取模块；所述随机数发生模块包括自旋轨道矩层以及设于所述自旋轨道矩层上的多个磁隧道结；所述控制模块用于基于用户的随机数生成指令形成随机数生成信号；所述随机数  全部
背景技术：
真随机数发生器(True  random  number  generator，TRNG)是硬件安全的核心电路 之一，主要应用于密钥生成、数据加密和消息认证等方面。随着网络实体的爆炸式增长，硬 件安全的应用场景也从电脑主机扩展到更加轻便、低成本、低功耗和高性能的手机、平板和 可穿戴设备等产品。而且，网络数量和复杂性的持续增加对应用的安全性要求也日益提高。 传统的安全电路主要由晶体管组成，创建了成功的安全基元和协议。但是，大多数现行的安 全电路不仅速率慢，功耗大，硬件开销大，而且容易受到物理攻击，如辐射，无法满足当下物 联网与大数据时代对于安全电路的高性能要求。 非易失性存储器的自旋电子器件具备低功耗、快速读写、集成度高、使用寿命长和 便于3D集成等优点，且受辐射影响远小于晶体管，成为解决硬件安全的有效手段。但是，目 前自旋电子器件在安全领域内的应用中，多数基于自旋电子器件形成的真随机数发生器均 包含复杂的反馈电路或后处理电路，且每个随机数生成的工作周期都包含重置、随机写入 和读出三个阶段，严重限制了真随机数发生器的工作频率与功耗效率的提升。
技术实现要素：
本发明的一个目的在于提供一种真随机数发生装置，解决现有技术中真随机数发 生器硬件开销大、工作频率受限和高功耗的问题。本发明的另一个目的在于提供一种真随 机数发生方法。 为了达到以上目的，本发明一方面公开了一种真随机数发生装置，包括控制模块、 随机数发生模块和随机数读取模块； 所述随机数发生模块包括自旋轨道矩层以及设于所述自旋轨道矩层上的多个磁 隧道结； 所述控制模块用于基于用户的随机数生成指令形成随机数生成信号； 所述随机数读取模块用于基于所述控制模块传输的随机数生成信号向两个所述 磁隧道结输入预设信号，基于所述预设信号的放电情况得到随机数输出信号。 优选的，所述装置进一步包括初始化重置模块； 所述控制模块进一步用于基于用户的复位控制指令形成复位信号； 所述初始化重置模块用于基于所述控制模块传输的复位信号向所述自旋轨道矩 层输入复位电流以使随机数发生模块的多个磁隧道结的阻态变为高阻态或低阻态。 优选的，所述自旋轨道矩层长度方向的两端分别设置有用于输入所述复位电流的 第一电极和第二电极。 优选的，所述磁隧道结包括自上向下设置的电极层、合成反铁磁层、第二铁磁金属 4 CN 111596891 A 说　明　书 2/8 页 层、氧化物层和第一铁磁金属层。 优选的，所述磁隧道结为椭圆形，所述椭圆形的长轴垂直于自旋轨道矩层的长度 方向。 优选的，所述随机数读取模块包括读取电路和选位模块； 所述控制模块进一步用于形成选位信号； 所述选位模块用于根据所述控制模块传输的选位信号将所述读取电路与选定的 两个磁隧道结连通； 所述读取电路用于基于所述控制模块传输的随机数生成信号向两个所述磁隧道 结输入预设信号，基于所述预设信号的放电情况得到随机数输出信号。 优选的，所述读取电路包括第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件、第四开 关元件、第五开关元件、第六开关元件和第七开关元件； 所述第一开关元件、第二开关元件、第四开关元件和第五开关元件的第一端与所 述预设电压连接，所述预设电压用于形成预设信号； 所述第一开关元件和第二开关元件的第二端与所述第三开关元件的第一端、第四 开关元件和第六开关元件的控制端以及第一信号输出端分别连接； 所述第一开关元件和所述第五开关元件的控制端与所述控制模块连接，用于接收 所述控制模块传输的随机数生成信号； 所述第四开关元件和第五开关元件的第二端与所述第六开关元件的第一端、第二 开关元件和第三开关元件的控制端以及第二信号输出端分别连接； 所述第三开关元件和所述第六开关元件的第二端分别与所述选位模块连接； 所述第七开关元件的第一端与接地端连接，第二端与所述自旋轨道矩层连接，控 制端与所述控制模块连接，用于接收所述控制模块传输的随机数生成信号。 优选的，所述初始化重置模块包括第八开关元件和第九开关元件； 所述第八开关元件的第一端与电压端连接，第二端与所述第一电极连接，控制端 与所述控制模块连接，用于接收所述控制模块传输的复位信号； 所述第九开关元件的第一端与接地端连接，第二端与所述第二电极连接，控制端 与所述控制模块连接，用于接收所述控制模块传输的复位信号。 本发明还公开了一种真随机数发生方法，所述方法包括： 基于用户的随机数生成指令形成随机数生成信号； 基于随机数生成信号向随机数发生模块的两个磁隧道结输入预设信号，并基于所 述预设信号的放电情况得到随机数输出信号，其中，所述随机数发生模块包括自旋轨道矩 层以及设于所述自旋轨道矩层上的多个磁隧道结。 优选的，所述方法进一步包括： 基于用户的复位控制指令形成复位信号； 基于所述复位信号向所述自旋轨道矩层输入复位电流以使所述多个磁隧道结的 阻态变为高阻态或低阻态。 本发明的真随机数发生装置包括控制模块、随机数发生模块和随机数读取模块。 所述随机数发生模块包括自旋轨道矩层以及设于所述自旋轨道矩层上的多个磁隧道结。本 发明利用多个磁隧道结在自然状态时由于热噪声引起的随机性，使多个磁隧道结在自然状 5 CN 111596891 A 说　明　书 3/8 页 态下具有不同的阻态，对多个磁隧道结输入预设信号，根据预设信号在不同磁隧道结的不 同阻态下的放电情况形成随机数生成信号，用于表示输出的真随机数。本发明通过利用磁 隧道结在自然状态下形成随机的阻态状态的特性，通过预设信号检测形成不同磁隧道结阻 态状态对应的随机数输出信号，以得到随机数。从而本发明减少了生成随机数的必要步骤， 增大工作频率范围，同时也减小电路面积和降低功耗。 附图说明 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。 图1示出本发明真随机数发生装置一个具体实施例的结构图； 图2示出本发明真随机数发生装置一个具体实施例随机数发生模块的结构图； 图3示出本发明真随机数发生装置一个具体实施例随机数读取模块的结构图； 图4示出本发明真随机数发生装置一个具体实施例设有初始化重置模块的结构 图； 图5示出本发明真随机数发生方法一个具体实施例的流程图之一； 图6示出本发明真随机数发生方法一个具体实施例的流程图之二。