基于物理噪声的奇偶性生成真随机数的方法及其系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于物理噪声的奇偶性生成真随机数的方法及其系统。所述的方法根据噪声经过模数转换后的奇偶性来生成真随机数的方法，其包括以下步骤：1)通过物理噪声源产生模拟噪声信号；2)将获取的物理噪声源产生的模拟噪声信号进行模拟/数字变换，转换成数字噪声信号；3)根据转换后的数字噪声信号的奇偶性生成二进制随机数；4)重复循环步骤2)和步骤3)，得到包含若干随机数的序列。本发明专利技术的方法可以利用各种噪声源，产生随机数的质量不受环境的影响，稳定性好，抗干扰能力强，且可以即时产生随机数，生成随机数效率高。本发明专利技术的系统，器件简单便于集成化，制造成本低廉。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及随机数发生器的
，特别涉及一种基于物理噪声的奇偶性生成真随机数的方法及其系统，可以高效率、高稳定性、即时地产生真随机数序列。
技术介绍
高质量的随机数在保密通信、信息安全、身份验证、密码协议、数字签名等领域都有非常重要的应用。另外，商业上的彩票和赌博机也需要高质量的随机数来实现其不可预测性。目前如何高速地产生高质量的随机数是密码学乃至信息安全的重要研究方向。理想的随机数发生器生成分布均匀、彼此独立的数据序列。根据所产生的方式，随 机数序列可以分为伪随机数和真随机数两类，伪随机数由一个初始状态(称为“种子”)开始，利用具有足够长周期的伪随机数发生器(函数)在计算机上产生伪随机数，一旦给定算法和种子值，序列输出就是确定的了。目前，计算机以及互联网安全系统均采用伪随机数发生器，这种依靠算法产生的随机序列经过一定长度后会出现重复现象，对于需要高度安全的密码系统来说，这是很危险的。而真随机数的产生是依托自然界物理现象的随机特性，这些物理随机源是不可预测的，比如熔岩灯、放射性衰变、大气噪声、电路的热噪声等等，因而，真随机数可以彻底地消除了伪随机数的周期性问题，产生的随机数序列具备不确定性、无法预测性以及不可重复性的特点，显然对于信息系统来说，用数学方法产生的伪随机数不如用物理方法产生的真随机数的安全性高。目前，市场上有一些基于随机物理现象的真随机数产生设备，其主要产生真随机数的方法是鉴别幅值法，就是规定一个鉴别幅值，然后对物理噪声源进行采样，如果采样得到的信号高于规定的鉴别幅值，则输出1，否则输出0，从而生成二进制随机数序列，但是，此方法稳定性很差，抗干扰能力差，容易受到温度、压力等环境因素的影响，降低了生成随机数序列的随机性能。另外，还有一种产生真随机数的方法是时间间隔法，这种方法是根据序列片断的位数来生成随机数序列的，此方法虽然在稳定性方面有所提高，但是效率比较低，需要很长的序列产生几位随机数，而且，此方法不能即时输出随机数序列，因为生成原理决定其在输出随机数序列上有一段延迟时间。因此，兼顾高效率和稳定性的真随机数的生成方法是个难点，目前真随机数的生成方法中尚没有一种方法可以既保证高效率地即时地生成随机数序列，又保证生成随机数序列的稳定性，使其具有良好的抗干扰能力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种基于物理噪声的奇偶性生成真随机数的方法及其系统，能够兼顾高效率和稳定性的问题，在保证高效率地即时地生成真随机数序列的同时又保证了生成真随机数序列的稳定性，具有良好的抗干扰能力。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于物理噪声的奇偶性生成真随机数的方法，该方法根据噪声经过模数转换后的奇偶性来生成真随机数的方法，其包括以下步骤I)通过物理噪声源产生模拟噪声信号；2)将获取的物理噪声源产生的模拟噪声信号进行模拟/数字变换，转换成数字噪声信号;3)根据转换后的数字噪声信号的奇偶性生成二进制随机数；4)重复循环步骤2)和步骤3)，直至得到足够多的随机数为止，最终得到包含若干随机数的序列。作为上述技术方案的一种改进，所述的步骤3)为根据转换后的数字噪声信号的奇偶性生成二进制随机数O或1，如果数字噪声信号为偶数，则输出二进制随机数0/1 ;对应地，如果数字噪声信号为奇数，则输出二进制随机数1/0。上述方法中，优选所述步骤3)中输出二进制随机数的规则为规则i)如果数字噪声信号为偶数，则输出二进制随机数O ;如果数字噪声信号为奇数，则输出二进制随机数I。或者，优选所述步骤3)中输出二进制随机数的规则为规则ii)如果数字噪声信号为偶数，则输出二进制随机数I;如果数字噪声信号为奇数，则输出二进制随机数O。作为上述技术方案的一种改进，所述的步骤4)的循环过程中的步骤3)根据转换后的数字噪声信号的奇偶性生成二进制随机数的规则可以是变化的。即在所述步骤4)的循环过程中还优选包括以下步骤根据循环次数而交换步骤3)中输出二进制随机数O和I的规则i)和规则ii)。作为上述技术方案的一种推广，所述的物理噪声源无任何限制，可以为均匀白噪声、高斯白噪声或泊松分布的噪声等各种物理噪声。本专利技术的另一目的在于，还提供了一种基于物理噪声的奇偶性生成真随机数的系统，能够高效率、高稳定性、即时地生成具备优秀随机性能的二进制随机数序列。该系统根据噪声的奇偶性来产生二进制真随机数，所述的系统包括时钟模块、噪声源模块、模数转换模块、真随机数生成模块，其中，所述时钟模块，用于产生TTL时钟信号,保证噪声源模块中噪声信号的产生和模数转换模块中信号的采集的同步；所述噪声源模块，用于产生物理噪声；所述模数转换模块，用于将噪声源模块生成的电路噪声电压的模拟信号进行采集并将其转换成数字信号输出；所述真随机数生成模块，用于根据转换的数字信号的奇偶性生成二进制随机数并输出。作为上述技术方案的一种改进，所述的随机数生成模块，根据转换后的数字噪声信号的奇偶性生成二进制随机数O或1，如果数字噪声信号为偶数，则输出二进制随机数0/1 ;对应地，如果数字噪声信号为奇数，则输出二进制随机数1/0。优选所述随机数生成模块根据下述规则输出二进制真随机数规则i)如果数字噪声信号为偶数，则输出二进制随机数O ;如果数字噪声信号为奇数，则输出二进制随机数I。或者，优选所述随机数生成模块根据下述规则输出二进制随机数规则ii)如果数字噪声信号为偶数，则输出二进制随机数I ;如果数字噪声信号为奇数，则输出二进制随机数O。、作为上述技术方案的一种改进，所述的随机数生成模块根据转换后的数字噪声信号的奇偶性生成二进制随机数的规则可以是变化的。进一步地，所述真随机数源输出m位二进制随机数后(m为大于I的整数)，交换所述规则i)和规则ii)。作为上述技术方案的一推广，所述的噪声源模块，可以是任何一种物理噪声源。可以是均匀白噪声、高斯白噪声或泊松分布的噪声等各种物理噪声。上述技术方案的中，所述的噪声源模块通过减弱TOSA的供电电压，衰减其发出光的光功率，并使得衰减后的光功率小于或等于ROSA的探测灵敏度，使得ROSA输出的信号为毫无规律的噪声信号。本专利技术中介绍的生成真随机数的方法可以利用各种噪声源，例如均匀白噪声、高斯白噪声、泊松分布的噪声等等，产生随机数的质量不受环境的影响，稳定性好，抗干扰能力强，可以即时产生真随机数，生成随机数效率高。本专利技术的优点在于，本专利技术的一种基于物理噪声的奇偶性生成真随机数的方法及其系统，所述产生真随机数的方法可以利用各种噪声源，产生随机数的质量不受环境的影响，稳定性好，抗干扰能力强，可以即时产生真随机数，生成随机数效率高。本专利技术提供的真随机数产生系统，器件简单便于集成化、制造成本低廉。附图说明图I为本专利技术基于物理噪声的奇偶性生成真随机数的方法的优选实施例的流程图；图2为本专利技术基于物理噪声的奇偶性生成真随机数的系统的功能方框示意图；图3为本专利技术基于物理噪声的奇偶性生成真随机数的系统的结构示意图；图4为本专利技术的一实施例在光发射次模块不同的供电电压下,光接收次模块输出的信号，其中Chl通道对应的是TOSA供电电压为5V，Ch2通道对应的是TOSA供电电压为2. 9V ；图5为根据本专利技术的动态交换预定义的生成真随机数方法的优选实施例的流程图(交换参数以m = 5为例)。具体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李申，赵建领，王超，翟光杰，吴令安，张峰，
申请(专利权)人：中国科学院空间科学与应用研究中心，
类型：发明
国别省市：