[實用新型]一種基于液體分子布朗運動的真隨機數發生器

有效

• 申請號: 201720518964.4
• 申請日: 2017-05-10
• 公開（公告）號: CN206788845U
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發明（設計）人: 李昀芊
• 申請（專利權）人: 李昀芊
• 主分類號: G06F7/58
• 分類號: G06F7/58
• 代理公司: 北京愛普納杰專利代理事務所(特殊普通合伙)11419
• 代理人: 王玉松

技術領域

本申請涉及隨機數發生器，并且更具體地說，涉及一種基于液體分子布朗運動的真隨機數發生器。

背景技術

隨機數在密碼學、仿真、集成電路測試等領域有重要作用。隨機數序列通常是隨機二進制序列組合，按照是否可再現、可預測，可以將隨機數分為偽隨機數和真隨機數。偽隨機數并不是真正地隨機，它們通常是由諸如計算機等各種電子設備計算得出的，因此一旦知道了其生成方法以及一些參數(例如隨機數種子)，就可得到完全相同的偽隨機數，從而面臨被破譯的風險，因此，為了通信的安全性，需要能夠產生真隨機數的發生器。

真隨機數通常只能通過物理現象獲得。常見的真隨機數的熵源例如但不限于電路噪聲、宇宙噪聲、放射性衰變等。當前的真隨機數發生器通常基于電路噪聲等來產生真隨機數，但是所述噪聲通常較小，很難直接準確地對其進行測量和量化，通常的做法是對其放大后進行測量。然而，由于放大器并非絕對線性放大，因此對較小的噪聲放大后所得到的電流信號的隨機性勢必受到影響。其他的真隨機數產生方法，例如利用亞穩態的觸發器來產生真隨機數，則通常存在隨機性不夠等問題。

另外，隨著通信速率的提高，還存在對高速真隨機數發生器的需要，以滿足不斷提高的通信速率的要求。

實用新型內容

本實用新型提供了一種高速的真隨機數發生器，其以液體布朗運動作為熵源，通過周期性地拍攝布朗運動并對拍攝的圖片進行數字化處理來提供高速且具有足夠隨機性的真隨機數列。

所述真隨機數發生器包括隨機數采集單元和隨機數生成單元。所述隨機數采集單元包括：耐高壓的封閉透明液體池，其內盛有由無色透明膠質液體和在所述無色透明膠質液體內做布朗運動的顆粒形成的混合物，以及用來容納所述無色透明膠質液體在高壓下膨脹的真空密封空間；高速顯微成像設備，其周期性地拍攝所述混合物內部切面以獲得多幀圖片。所述隨機數生成單元包括：數字化處理器，其將由所述高速顯微成像設備每次拍攝得到的所述多幀圖片中的每一幀圖片置于平面直角坐標系中，畫出網格，遍歷所述網格中的所有交叉點并分析所述交叉點周圍的灰度，以獲得所述交叉點代表的隨機數，進而得到對應于所述每一幀圖片的初步隨機數串A₀；后處理器，其對所述數字化處理器處理得到的所述初步隨機數串A₀進行處理，以得到隨機數列；其中，所述高速顯微成像設備在所述透明液體池的一側對準所述透明液體池內的混合物的中間部分進行拍攝，所述高速顯微成像設備的對側具有附著在所述透明液體池的池壁上的、有助于所述拍攝的白色墊片，并且其中，所述高速顯微成像設備電連接到所述隨機數生成單元。

附圖說明

圖1是隨機數采集單元中的耐高壓的封閉透明液體池100的示圖；

圖2是隨機數采集單元中的耐高壓的封閉透明液體池100以及其內的混合物210和真空密封空間220的示圖。

圖3是由隨機數采集單元中的高速顯微成像設備周期性地拍攝的、所述封閉透明液體池100內的所述混合物210的內部切面300。

圖4是由隨機數生成單元中的數字化處理器進行的、將所拍攝的一幀圖片去掉周圍部分后選取中間部分置于平面直角坐標系中進行數字化處理以得到初步隨機數串A₀的示圖400。

圖5是由隨機數生成單元中的后處理器進行的、對所述初步隨機數串A₀進行處理以產生最終的真隨機數列的過程示圖500。

圖6是真隨機數發生器的整體示圖600。

本領域技術人員應當理解，為了清楚起見，在附圖中沒有示出某些公知的裝置。另外，附圖中所示出的示例是僅出于說明的目的而示出的，而不旨在限制本實用新型的保護范圍。

具體實施方式

為了提供高速且具有足夠隨機性的真隨機數列，本實用新型提供了一種高速的真隨機數發生器，其以液體布朗運動作為熵源，通過周期性地拍攝布朗運動并對拍攝的圖片進行數字化處理來提供高速的真隨機數列。下面結合各附圖來詳細地描述本實用新型。

圖1是隨機數采集單元中的耐高壓的封閉透明液體池100的示圖。在圖1中，所述液體池100是空的，并且處于尚未封閉的狀態。所述液體池100是透明的，以便于高速顯微成像設備對其進行拍攝。另外，雖然在圖1中示出了所述透明液體池是具有一定形狀的，但是本領域技術人員應當理解，所述透明液體池可以是能夠實現本實用新型目的的任意種類和形狀的透明液體池。