真随机数源及生成真随机数的方法技术

本发明专利技术公开一种生成真随机数的方法，该方法对二进制真随机数序列发生装置输出的二进制随机数序列进行如下处理：ａ）获取所述二进制随机数序列中的一个片段，该片段中，首位和末位为０或１中的一个，而其余位都为０或１中的另一个；ｂ）根据所述片段的位数来输出二进制随机数０或１；ｃ）重复循环步骤ａ）和ｂ），直至得到足够多的随机数为止。本发明专利技术可以使用任意的真随机数发生器；产生随机数的质量不受环境的影响，抗干扰能力强；便于集成化，由于对初始的真随机数序列的来源没有限制，可以采用电阻热噪声等集成电路所使用的噪声源，设计真随机数发生器，从而制作真随机数芯片；以及制造成本低廉。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，特别涉及一种可以产生具有高稳定性和均匀性的随机数序列的。
技术介绍
高质量的随机数在信息安全领域具有重要的意义，其直接应用于加密解密、身份认证、数字签名等领域，另外，商业上的彩票和赌博机也同样需要随机数来实现不可预测性。以信息安全领域的加密算法为例，其本质上便是一个随机数发生器产生随机的密钥序列，然后用这个密钥序列通过某种运算来对明文信息进行加密。因此，随机数质量的好坏直接影响到信息的安全性。如果随机数的质量不高，其呈现某种程度的可预测性，这样黑客或者其他非法用户便可以在技术上找到规律，从而破译密码。目前，计算机以及互联网安全系统均采用伪随机数发生器，其是给定一个随机种子，然后基于某种随机算法而产生的随机序列。这种方法产生的不是真正的随机数，因为，当随机种子和随机算法给定后，所产生的每一个随机数都是确定的，可以从算法中计算出；另外，这种依靠算法的伪随机数发生器所产生的随机序列经过一定长度后会出现重复现象，随机性也就降低了。对于需要高度安全的系统来说，伪随机数在随机性和安全性方面都不够好。目前，有些厂商或者研究机构利用自然界的随机物理现象研制和开发了各种真随机数产生设备和方法。这种方法依赖于某种物理现象的不可预测性，例如噪声、量子随机性等。中科院信息安全实验室的物理噪声源芯片DCS&DSTWNG-4便利用了电路的热燥声、接触噪声等随机噪声。目前的方法都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。由于物理噪声源很容易受到温度、压力等环境因素的影响，抗干扰能力比较差，其产生随机序列的均匀性和稳定性都很难控制。
技术实现思路
因此，本专利技术的任务是克服现有技术的缺陷，从而提供一种生成真随机数的方法。本专利技术的另 一 目的是提供一种真随机数源。一方面，本专利技术提供了一种生成真随机数的方法，该方法对二进制真随机数序列发生装置输出的二进制随机数序列进行如下处理a)获取所述二进制随机数序列中的一个片段，该片段中，首位和末位为0或1中的一个，而其余位都为0或1中的另一个；b )根据所述片段的位数来输出二进制随机数0或1;c)重复循环步骤a)和b),直至得到足够多的随机数为止。上述方法中，优选所述步骤b)中输出二进制随机数的规则为规则i )如果所述片段的位数为偶数，则输出二进制随机数0;规则ii)如果所述片段的位数为奇数，则输出二进制随机数l。或者，优选所述步骤b)中输出二进制随机数的规则为规则i)如果所述片段的位数为偶数，则输出二进制随机数l;规则ii)如果所述片段的位数为奇数，则输出二进制随机数O。进一步地，根据本专利技术的一个实施例，上述方法中，在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b)中输出二进制随机数0和1的规则i)和规则ii)。上述方法中，优选所述二进制随机数序列，使得所述片段首位的二进制数的采样率小于1/10。另一方面，本专利技术还提供了一种真随机数源，包括二进制真随机数序列发生装置、采样装置、计数器和控制装置，其中，所述采样装置根据所述二进制真随机数序列发生装置输出的二进制随机数序列，截取二进制随机数片段，且所述二进制随机数片段中，首位和末位为0或1中的一个，其余位为0或1中的另一个；所述计数器用于计算所述二进制随机数片段的位数；所述控制装置根据所述计数器的结果来输出二进制随机数0或1。上述真随机数源中，优选所述控制装置根据下述规则输出二进制随机数规则i )如果所述片段的位数为偶数，则输出二进制随机数1;规则ii )如果所述片段的位数为奇数，则输出二进制随机数O。或者，优选所述控制装置根据下述规则输出二进制随机数规则i )如果所述片段的位数为偶数，则输出二进制随机数G;规则 ii)如果所述片段的位数为奇数，则输出二进制随机数l。进一步地，所述真随机数源每次输出一位二进制随机数后，都交换所 述规则i)和规则ii)。上述真随机数源中，优选所述二进制真随机数序列发生装置，使其输 出的二进制随机数序列中，所截取的片段的首位的二进制数字的采样率优 选小于1/10。上述真随机数源中，所述二进制真随机数序列发生装置优选利用物理 噪声的真随机数发生器。本专利技术的优点在于1. 本专利技术可以使用任意的真随机数发生器，特别是利用各种噪声源， 例如均匀白噪声、高斯白噪声、泊松分布的噪声等等的真随机数发生器。2. 产生随机数的质量不受环境的影响，抗干扰能力强。3. 便于集成化由于对初始的真随机数序列的来源没有限制，可以 采用电阻热噪声等集成电路所使用的噪声源，设计真随机数发生器，从而 制作真随机数芯片。4. 制造成本低廉。附图说明以下，结合附图来详细说明本专利技术的实施例，其中图2为根据本专利技术的生成真随机数方法的另一个优选实施例的流程图3为根据本专利技术的生成真随机数方法的一个真随机数源的结构示意图4为本专利技术提供的一种真随机数发生器的结构示意图5为光接收次模块输出的噪声信号和采样装置的输出信号，其中曲线a为噪声信号，曲线b为输出信号。具体实施方式图l给出了一种根据本专利技术的生成真随机数方法的优选实施例的流程图，该方法包括以下步骤al )对真随机数发生器输出的真随机数序列进行采样； a2)对步骤al)的采样进行判断，如果为0，则继续采样，如果为1，则进行下一步骤；a3)初始化计数器，令计数器等于0;a4 )继续对真随机数发生器输出的真随机数序列进行采样； a5)对步骤a4)的采样进行判断，如果为0，则令计数器加l，并返 回步骤a4);如果为1，则进行下一步；b) 判断计数器中计数的奇偶，如果为奇数，则输出二进制随机数O, 如果为偶数，则输出二进制随机数l;c) 返回，从步骤a3)开始执行。上述实施例中，步骤al-a5是为了获取所述二进制随机数序列中的一 个片段，该片段中，首位和末位为0或1中的一个，而其余位都为0或1 中的另一个，在获取片段的同时，还通过计数器得到了片段的位数；而步 骤b则是根据片段的位数来输出二进制随机数0或1,其中，步骤b根据 预先定义的二进制随机数输出规则来输出随机数；在本实施例中，所述预先定义的二进制随机数输出规则为i)如果 所述片段的位数为偶数，则输出二进制随机数1; ii)如果所述片段的位 数为奇数，则输出二进制随机数O。当然，本领域技术人员应当理解，也可以将所述预先定义的二进制随 机数输出规则定义为i )如果所述片段的位数为偶数，则输出二进制随 机数0; ii )如果所述片段的位数为奇数，则输出二进制随机数l。此外，可以优选所述二进制随机数序列，使所述片段首位的二进制数 1 (或0)的采样率小于1/10，这样做的一个好处是可以提高最终输出的 随机数质量。表1给出了当所述片段首位的二进制数1 (或Q)的采样率 不同时，根据上述生成真随机数的方法获得的真随机数序列质量的对比。表1 在不同采样率情况下随机数序列质量的对比<table>table see original document page 7</column></row><table><table>table see original document page 8</column></row本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生成真随机数的方法，该方法对二进制真随机数序列发生装置输出的二进制随机数序列进行如下处理：　ａ）获取所述二进制随机数序列中的一个片段，该片段中，首位和末位为０或１中的一个，而其余位都为０或１中的另一个；　ｂ）根据所述片段的位 数来输出二进制随机数０或１；　ｃ）重复循环步骤ａ）和ｂ），直至得到足够多的随机数为止。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵建领，吴令安，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：11[]