[發明專利]一種便攜式真隨機碼發生裝置及方法

有效

• 申請號: 201410516031.2
• 申請日: 2014-09-29
• 公開（公告）號: CN104270581B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 張益昕;張旭蘋;喬葦巖;唐志強;戚力
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H04N5/351
• 分類號: H04N5/351;H04N5/357;G06F7/58
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 朱小兵

1.一種便攜式真隨機碼發生裝置，其特征在于，包括發光模塊、圖像傳感器、散射材料、反射片、控制模塊、USB橋接模塊、USB接口、電源轉換模塊和PCB板；發光模塊、圖像傳感器、控制模塊、USB橋接模塊、USB接口、電源轉換模塊均固定在PCB板上，發光模塊設置在圖像傳感器的周邊，散射材料覆蓋在圖像傳感器和發光模塊上，反射片設置在散射材料上；其中，

發光模塊，用于發射光至散射材料；

散射材料，用于利用入射光產生透射光和第一散射光；其中，透射光照射至反射片，第一散射光照射至圖像傳感器；

反射片，用于將接收到的透射光產生反射光并經散射材料產生第二散射光，然后將第二散射光照射至圖像傳感器；

圖像傳感器，用于將接收的第一散射光和第二散射光轉化為像素灰度值后輸出至控制模塊；

控制模塊，用于控制發光模塊發射光的強度，使得圖像傳感器處于光電流散粒噪聲主導圖像像素點噪聲的狀態，并根據接收的像素灰度值中選出每一個像素點灰度值最后n位作為真隨機碼源，該真隨機碼源乘以熵壓縮矩陣進行熵壓縮，獲得真隨機碼輸出至USB橋接模塊；其中，n為整數，0<n<9；

USB橋接模塊，用于將真隨機碼打包為USB協議的數據幀通過USB接口輸出至外部設備；

電源轉換模塊，外部電源經USB接口輸入至電源轉換模塊，經轉換后輸出至圖像傳感器和控制模塊。

2.根據權利要求1所述的一種便攜式真隨機碼發生裝置，其特征在于，所述控制模塊為FPGA控制模塊。

3.根據權利要求1所述的一種便攜式真隨機碼發生裝置，其特征在于，所述發光模塊為LED光源；所述散射材料為硅膠或者聚丙乙烯或者FullCure樹脂；所述反射片的形狀為鋸齒形狀。

4.根據權利要求1所述的一種便攜式真隨機碼發生裝置，其特征在于，所述圖像傳感器為OV9120灰度CMOS圖像傳感器。

5.根據權利要求1所述的一種便攜式真隨機碼發生裝置，其特征在于，所述USB橋接模塊采用CH341USB芯片；所述電源轉換模塊為1117-3.3電壓轉換芯片或1117-1.2電壓轉換芯片。

6.根據權利要求1所述的一種便攜式真隨機碼發生裝置，其特征在于，所述n的取值是由圖像傳感器決定。

7.一種便攜式真隨機碼發生方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、將入射光經散射材料產生透射光和第一散射光，其中，將透射光入射至反射片上產生反射光，將反射光經散射材料產生第二散射光；

步驟二、采用圖像傳感器將第一散射光和第二散射光轉化為像素灰度值；

步驟三、控制光的強度，對光強度進行掃描，使得圖像傳感器處于光電流散粒噪聲主導圖像像素點噪聲的狀態；

步驟四、獲取k個像素點灰度值的末n位，當k*n>M時，從其中選取M個元素作為M個真隨機碼源；M為預先設置的大于0的整數，k為大于0的整數；

步驟五、將M個真隨機碼源排列為矩陣A，將矩陣A乘以熵壓縮矩陣B進行熵壓縮處理，得到熵壓縮后的真隨機碼矩陣C；

步驟六、將熵壓縮后的真隨機碼矩陣C的元素作為真隨機碼輸出至外部設備。

8.根據權利要求7所述的一種便攜式真隨機碼發生方法，其特征在于，所述步驟五中，矩陣A為P行Q列的矩陣，其中P*Q＝M，熵壓縮矩陣B為Q行列矩陣，將矩陣A和熵壓縮矩陣B相乘得到一個P行列的熵壓縮后的真隨機碼矩陣C；其中，P為大于0的整數，Q為正偶數。

9.根據權利要求8所述的一種便攜式真隨機碼發生方法，其特征在于，所述矩陣A為：所述熵壓縮矩陣B為：所述熵壓縮后的真隨機碼矩陣C為：

其中，aih為矩陣A中第i行第h列元素，i，h均為整數且0＜i≤P，0＜h≤Q；

bhj為矩陣B中第h行第j列元素，j為整數，

c_ij＝a_i1b_1j+a_i2b_2j+…a_ijb_ji，cij為熵壓縮后的真隨機碼矩陣C中第i行j列元素，cij是遵循模2加法運算得到。

10.根據權利要求7或8或9所述的一種便攜式真隨機碼發生方法，其特征在于，所述熵壓縮矩陣B由FPGA控制模塊的RAND單元首先產生一個N位種子，該種子由線性反饋移位寄存器進行鄰位異或操作產生，其中，N為大于1的整數。