[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

技術領域

本發明涉及信息安全以及個人信息安全保護技術領域，特別是一種便攜式真隨機碼發生裝置及方法。

背景技術

隨機碼對于很多應用來說是一種寶貴的資源，廣泛應用于電腦仿真、賭博、數值分析、采樣、決策以及通信安全等領域。產生隨機碼的方法主要有兩種，一種是基于數學方法的偽隨機碼生成器，依賴復雜的算法，通過種子產生周期很長的偽隨機碼。事實上，依賴于復雜確定算法的偽隨機碼發生器因為其高效率以及高產生率已經被廣泛應用。盡管算法復雜，由偽隨機碼產生器產生的隨機碼最終還是會重復它自己，因此如果種子或者算法運行的當前狀態被破解者知道，偽隨機碼的輸出是可以預測的。

第二種就是利用物理現象產生真隨機碼。相比較于第一種，通過物理現象產生的隨機碼通常是被認為具有完全的不可確定性，這就保證了它將是不可預測的隨機碼。幾種比較常用的產生真隨機碼的物理過程如：單光子傳輸路徑選擇，單光子到達時時間，振蕩器的定時抖動，電路熱噪聲，混沌激光，自發輻射噪聲，激光器的相位噪聲，真空狀態。基于這些物理現象產生的隨機碼既能夠保證隨機碼的高隨機性，又能獲得較多比特的噪聲。然而這些方法都依賴于專業的昂貴的硬件，如單光子探測器、精確配置外部諧振腔的激光源。因此他們不適合用于個人安全應用，如個人電話、個人網絡支付等。現如今真隨機碼發生器存在這樣的缺陷：成本高、產生率低、隨機性不夠高、不適合個人使用等問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的不足而提供一種便攜式真隨機碼發生裝置及方法，本發明將發光模塊、圖像傳感器、控制模塊等都集成到一塊小電路板上，產生隨機碼的過程不依賴于任何外部輔助，具有極高的安全性、隨機性；本發明結構簡單且成本低。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

根據本發明提出的一種便攜式真隨機碼發生裝置，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，使得圖像傳感器接收到第一散射光和第二散射光的信噪比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。

作為本發明的一種便攜式真隨機碼發生裝置的進一步優化的方案，所述控制模塊為FPGA控制模塊。

作為本發明的一種便攜式真隨機碼發生裝置的進一步優化的方案，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。

作為本發明的一種便攜式真隨機碼發生裝置的進一步優化的方案，所述圖像傳感器為OV9120灰度CMOS圖像傳感器。

作為本發明的一種便攜式真隨機碼發生裝置的進一步優化的方案，所述USB橋接模塊采用CH341USB芯片；所述電壓轉換模塊為1117-3.3電壓轉換芯片或1117-1.2電壓轉換芯片。

作為本發明的一種便攜式真隨機碼發生裝置的進一步優化的方案，所述n的取值是由圖像傳感器決定。

根據本發明提出的一種便攜式真隨機碼發生方法，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、將第一散射光和第二散射光轉化為像素灰度值；