FPGA实现的超混沌伪随机数发生器优化设计

“基于超混沌的伪随机数发生器的FPGA设计-论文” 本文主要讨论的是如何在FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）上设计一个高效的基于超混沌系统的伪随机数发生器。超混沌系统是一种复杂的非线性动态系统，具有丰富的混沌行为和高度的不可预测性，这使得它们在生成伪随机数方面具有潜力，因为这些特性可以产生看似随机的序列。 作者提到，传统基于超混沌的伪随机数发生器存在的问题包括资源占用过高和迭代次数过多。为解决这些问题，他们提出了一种基于Qi超混沌系统的单精度浮点数伪随机数发生器。这种设计采用了分时复用（Time-Sharing）的思想，即将有限的硬件资源在不同时间分配给不同的功能部件，从而降低系统资源的总体占用。同时，通过利用高维混沌的特性以及计算机浮点数格式，可以显著减少系统迭代次数，提高生成随机数的速度。 设计过程中，作者采用了Verilog HDL（Hardware Description Language），这是一种用于数字电子系统的硬件描述语言，用于描述电路的行为和结构。通过模块化设计，他们将超混沌系统分解为多个可重用的逻辑模块，便于实现和验证。模块化设计不仅有利于代码的组织和维护，还能提高设计的可读性和可复用性。 实验结果显示，这个设计占用的FPGA逻辑单元数量较少，仅为4947个，这意味着它在资源效率方面有显著优势。此外，该伪随机数发生器的最高生成速率可达23.8Mbps，这在需要大量随机数据的应用场景中非常有价值。该设计还在Cyclone IV EP4CE15F17C8开发平台上得到了实际验证，其生成的伪随机序列通过了NIST（National Institute of Standards and Technology）的15项统计测试，表明该序列具有良好的随机性和安全性。 这篇论文提供了一种优化的基于FPGA的超混沌伪随机数发生器设计，它解决了传统设计的资源占用和迭代次数问题，同时生成的随机数序列质量高，适用于各种需要高效随机数生成的场合，如密码学、模拟计算、通信等领域。