线性反馈移位寄存器是什么?如何实现?

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kanwenda
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线性反馈移位寄存器(Linear Feedback Shift Register,简称LFSR)是一种电子数字电路,通常用于随机数生成、序列产生、加密算法和错误检测等领域。它由若干个锁存器组成,每个锁存器有一个输出端和一个输入端,输入端与总线相连,输出端连到反馈回路中。

线性反馈移位寄存器是什么?如何实现?

在LFSR中,锁存器中的数据按照一定规律进行移位,移位后的数据通过异或运算与反馈回路中的某些数据结合,从而产生新的数据,以循环的方式形成一个数据序列。这个序列的周期长度是有限的,且等于LFSR中锁存器数量的2次方减1。

LFSR的实现可以采用硬件电路或软件算法。硬件实现时,每个锁存器可由一个D触发器和一个异或门组成,每个异或门的输入由若干个锁存器的输出通过选择器选择产生。软件实现时,可使用多项式来描述反馈回路,即将所有异或门的输出按位异或得到一个多项式,称为反馈多项式,用二进制数表示,将其写成一个m位的二进制数,记作F(x)=f(m-1)x^{m-1}+...+f(1)x+f(0),其中f(0)到f(m-1)为0或1。以该多项式为反馈回路,构建一个m位的移位寄存器即可。

LFSR可用于密码学中的伪随机数生成算法。由于其周期长度很长,且具有良好的统计特性,因此在保证安全性的前提下,可用于加密算法和认证协议。

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