产生随机数的方法和随机数发生器技术

一种产生随机数的方法，包括以下步骤：　　　　向一个具有振荡频率控制部分的振荡电路施加随机控制电压，以便根据所述随机控制电压产生与来自所述振荡电路的频率信号相对应的随机振荡电压，　　　　为所述振荡电压的幅值确定一个给定的阈值，　　　　根据所述阈值与振荡电压的幅度之间的幅度关系，为所述振荡电压分配数字“０”和“１”，以产生一个二进制随机数。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种产生随机数的方法和一种随机数发生器，所述方法和发生器可用于信息产业领域，例如密码学，尤其是未来的量子计算机领域。
技术介绍
完全无序和具有均匀频率的外部特性的随机数被广泛应用于社会现象、物理现象等等的数字仿真。随机数在密码学中同样起着重要的作用，并且在信息安全领域得到了大量关注。目前已经研究和开发了各种生成随机数的方法，但几乎都只能以软件算法来产生伪随机数。目前，随机数的算法生成方法基于一定程度的可靠性和高速随机数产生而可以广泛应用。然而，一般来说，由于计算机只能产生一定范围的信息，因此，计算机产生的随机数具有一个指定周期。这样一来，在数字仿真中无法得到精确的解决方案，而在信息安全中也不能实现足够的安全性。基于这种观点，较为理想的是得到更加完全无序的随机数。近来，随着硬件处理速度和可靠性的发展，已经开发了一种随机数的物理生成方法。举例来说，众所周知，诸如热电噪声或者放射性衰变这种基于物理现象而产生的随机数具有很低的可预测性，从而是很理想的。然而，所述物理生成方法需要大规模设备来产生随机数。
技术实现思路
本专利技术的目标在于使用简单便宜的设备来提供一种用于产生具有完全无序随机数的新的方法和一种用在所述随机数生成方法中的随机数发生器。为了实现上述目标，本专利技术涉及一种用于产生随机数的方法，其中包括以下步骤向一个具有振荡频率控制部分的振荡电路施加随机控制电压，以便在输出随机控制电压的情况下产生分别与来自振荡电路的频率信号相对应的随机振荡电压。为振荡电压的幅度定义一个指定阈值，以及根据阈值以及振荡电压幅度之间的数值关系来为振荡电压分配数字“0”和“1”，从而产生一个二进制随机数。本专利技术还涉及一种随机数发生器，其中包括一个振荡电路，具有振荡频率控制部分，一个控制电压施加装置，用于向振荡电路施加随机控制电压，一个处理装置，用于向与来自振荡电路的频率信号相对应的随机振荡电压定义一个阈值，以及基于阈值与随机振荡电压振幅之间的关系而将数字“0”和“1”分配给随机振荡电压。本专利技术的专利技术人进行了认真研究，发现了一种产生完全无序随机数的新方法。在研究和开发随机数产生方法的过程中，研发了各种用于产生随机数的随机数发生器一种是利用一个已知的噪声产生电路，其它的则是利用一个给定的间歇切换开/关的振荡电路和一个已知的双稳态多谐振荡器(日本专利申请No.2000-222525，2002-221197和2002-282842)。当然，在采用上述常规随机数发生器的情况下，随机数的产生速率很低，大约是在100/秒。然而，对于常规随机数产生器的实际应用而言，较为理想的是提高随机数的产生速率。根据这种观点，专利技术者还进行了认真研究，以便提高随机数产生速率。最后，专利技术者发现，如果将一个振荡频率控制部分一个已知振荡电路中安置一个振荡频率控制部分并从给定噪声产生电路向振荡电路施加随机控制电压，那么将会从振荡电路中以很高速度来产生随机振荡电压。因此，如果按照惯例将一个预定阈值定义为振荡电压的幅度，那么，根据阈值与振荡电压幅度之间的数值关系高速产生二进制随机数，以便实现本专利技术。根据本专利技术，如上所述，由于可以高速无序的产生二进制随机数，因此，诸如密码学等信息产业领域中的处理速度，尤其可以显著提高未来量子计算机领域中的处理速度。附图说明为了更好的理解本专利技术，以下将对附图加以参考，其中图1是根据本专利技术的优选随机数发生器的结构图，图2是本专利技术的随机数发生器中包围振荡电路的电路图，图3是本专利技术的随机数发生器中的另一个振荡电路的电路图，图4是本专利技术的随机数发生器中的噪声产生电路的电路框图，图5是对图2所示振荡电路进行修改的振荡电路的电路图，图6是本专利技术的产生方法和发生器所产生的随机数的二进制频率分布。具体实施例方式本专利技术将参考附图而被详细描述。图1是根据本专利技术的优选随机数发生器的结构图。在图1所示的随机数发生器中，噪声产生电路10、有振荡频率控制部分的振荡电路20、A/D转换器30以及个人计算机40它们之间是连续互连。由于振荡电路20包括振荡频率控制部分，因此振荡电路20基于来自振荡频率控制部分的信号，所述电路对振幅方面具有不同频率的信号进行振荡。DC电源50连接到噪声产生电路10。在从DC电源50向噪声产生电路10施加一个给定电压的时候，随机电压信号是从噪声产生电路10中产生的，然后，将所述信号作为控制电压施加到振荡电路20。在这种情况中，具有不同频率的信号是从振荡电路20的振荡中得到的。因此，在检测到信号振荡电压的时候，振荡电压同样会在随机电压信号上随机波动。然后，将振荡电压输入A/D转换器30，以便进行数字转换，之后将经过转换的数据输入个人计算机40。在这种情况下，如果定义了一个振荡电压幅度的预定阈值，则确定了阈值与振荡电压幅度之间的数值关系，并且数字“1”分配给了幅度高于阈值的振荡电压，数字“0”则分配给了幅度低于阈值的振荡电压，数字“1”和“0”是可以随机产生的，由此可以产生二进制随机数。在此，在图1所示的随机数发生器中，由于振荡频率控制部分包含在振荡电路20之中，因此，在应用了来自噪声产生电路10的随机控制电压的情况下，随机振荡电压可以高速产生随机振荡电压，因此，也可以高速产生涉及数字“1”和“0”的二进制随机数。图2是振荡电路20的实施例的电路框图。在图2中，将振荡电路20构造成数字振荡电路，并且包括一个电源电压电路和一个振荡电路部分。在振荡电路部分，一个外部正反馈电路和一个内部正反馈电路相结合。外部正反馈电路由TLL逻辑IC1-IC3、电阻R1(510Ω)和R2(510Ω)以及电容器C1(47pF)和C2(47pF)构成。内部正反馈电路由TLL逻辑IC2，电阻R1和R2，电容器C1和C2，电容器C3(200pF)和一个线圈L1(20μH)构成。可变电容二极管VC1与电阻R3(100kΩ)经由电容器C4(68pF)而与线圈L1和电容器C3的结合点相连。在本实施例中，振荡电路20的振荡频率控制部分由电容器C4、电阻R3以及可变电容二极管VC1构成。在从电源电压电路部分向振荡电路施加一个给定电源电压的时候，振荡电路部分会在反馈中被重复操作并且会在振荡电路部分得到放大，从而作为来自外部的频率信号而被振荡。在这种情况下，当把随机控制电压从噪声产生电路中经由可变电容二极管VC1输入图2所示的振荡电路20时，基于随即控制电压，可变电容器VC1的电容将会随机地波动。因此，所产生和振荡的电压信号的频率将被随机波动，以便从振荡电路20的振荡电路部分以很高速度来具有不同频率的随机电压信号。随机电压信号被输入A/D转换器30并且进行数字转换，然后则在个人计算机40中进行处理，以便为关于随机电压信号幅度设定一个预定阈值，从而以很高速度来产生二进制随机数。在图2中，尽管在振荡电路20中除了振荡电路部分之外还提供了电源电压电路部分，但是可以在没有电源电压电路部分的情况下将电源电压从外部电源直接输入振荡电路20(振荡电路部分)。在图2所示的振荡电路20中，将一个矩形波输入到了电源电压电路部分，电源电压将会间歇振荡，以便产生不同频率的随机电压信号。然而，在没有矩形波的情况下，电源电压也会稳定的产生并被施加到振荡电路部分。在后一种情况中，不同频率的随机电压信号是基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种产生随机数的方法，包括以下步骤： 向一个具有振荡频率控制部分的振荡电路施加随机控制电压， 以便根据所述随机控制电压产生与来自所述振荡电路的频率信号相对 应的随机振荡电压， 为所述振荡电压的幅值确定一个给定的阈值， 根据所述阈值与振荡电压的幅度之间的幅度关系，为所述振荡 电压分配数字“0”和“1”，以产生一个二进制随机数。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：齐藤义明，
申请(专利权)人：新潟大学，
类型：发明
国别省市：