[發(fā)明專利]一種便攜式真隨機(jī)碼發(fā)生裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410516031.2
• 申請(qǐng)日: 2014-09-29
• 公開（公告）號(hào): CN104270581B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張益昕;張旭蘋;喬葦巖;唐志強(qiáng);戚力
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號(hào): H04N5/351
• 分類號(hào): H04N5/351;H04N5/357;G06F7/58
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司32200
• 代理人: 朱小兵

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

發(fā)光模塊，用于發(fā)射光至散射材料；

散射材料，用于利用入射光產(chǎn)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(chǎn)生反射光并經(jīng)散射材料產(chǎn)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(zhuǎn)化為像素灰度值后輸出至控制模塊；

控制模塊，用于控制發(fā)光模塊發(fā)射光的強(qiáng)度，使得圖像傳感器處于光電流散粒噪聲主導(dǎo)圖像像素點(diǎn)噪聲的狀態(tài)，并根據(jù)接收的像素灰度值中選出每一個(gè)像素點(diǎn)灰度值最后n位作為真隨機(jī)碼源，該真隨機(jī)碼源乘以熵壓縮矩陣進(jìn)行熵壓縮，獲得真隨機(jī)碼輸出至USB橋接模塊；其中，n為整數(shù)，0<n<9；

USB橋接模塊，用于將真隨機(jī)碼打包為USB協(xié)議的數(shù)據(jù)幀通過USB接口輸出至外部設(shè)備；

電源轉(zhuǎn)換模塊，外部電源經(jīng)USB接口輸入至電源轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸出至圖像傳感器和控制模塊。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式真隨機(jī)碼發(fā)生裝置，其特征在于，所述控制模塊為FPGA控制模塊。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式真隨機(jī)碼發(fā)生裝置，其特征在于，所述發(fā)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式真隨機(jī)碼發(fā)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式真隨機(jī)碼發(fā)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(zhuǎn)換模塊為1117-3.3電壓轉(zhuǎn)換芯片或1117-1.2電壓轉(zhuǎn)換芯片。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式真隨機(jī)碼發(fā)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(jī)碼發(fā)生方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、將入射光經(jīng)散射材料產(chǎn)生透射光和第一散射光，其中，將透射光入射至反射片上產(chǎn)生反射光，將反射光經(jīng)散射材料產(chǎn)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(zhuǎn)化為像素灰度值；

步驟三、控制光的強(qiáng)度，對(duì)光強(qiáng)度進(jìn)行掃描，使得圖像傳感器處于光電流散粒噪聲主導(dǎo)圖像像素點(diǎn)噪聲的狀態(tài)；

步驟四、獲取k個(gè)像素點(diǎn)灰度值的末n位，當(dāng)k*n>M時(shí)，從其中選取M個(gè)元素作為M個(gè)真隨機(jī)碼源；M為預(yù)先設(shè)置的大于0的整數(shù)，k為大于0的整數(shù)；

步驟五、將M個(gè)真隨機(jī)碼源排列為矩陣A，將矩陣A乘以熵壓縮矩陣B進(jìn)行熵壓縮處理，得到熵壓縮后的真隨機(jī)碼矩陣C；

步驟六、將熵壓縮后的真隨機(jī)碼矩陣C的元素作為真隨機(jī)碼輸出至外部設(shè)備。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種便攜式真隨機(jī)碼發(fā)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(gè)P行列的熵壓縮后的真隨機(jī)碼矩陣C；其中，P為大于0的整數(shù)，Q為正偶數(shù)。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種便攜式真隨機(jī)碼發(fā)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(jī)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(shù)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(shù)，

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

10.根據(jù)權(quán)利要求7或8或9所述的一種便攜式真隨機(jī)碼發(fā)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(chǎn)生一個(gè)N位種子，該種子由線性反饋移位寄存器進(jìn)行鄰位異或操作產(chǎn)生，其中，N為大于1的整數(shù)。