[發明專利]一種基于單片機隨機源工作參數的真隨機數產生器及產生方法

有效

• 申請號: 202011370444.6
• 申請日: 2020-11-30
• 公開（公告）號: CN112328207B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 趙東東;石樂義
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G06F7/58
• 分類號: G06F7/58
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種基于單片機隨機源工作參數的真隨機數產生器及產生方法，該方法通過調用系統時間T_sys作為種子來計算隨機源的設備編號N_equipment及其工作參數編號N_parameter，然后驅動相應的模塊對設備的工作參數進行采集，將所得的真隨機數TNG₁，TNG₂，TNG₃...TNG_n發送到上位機，真隨機數的數量n與操作員輸入的所需隨機數數量N_random相等，操作人員判斷此次得到的真隨機數是否滿足重復率和數量的要求，當滿足要求時由上位機對真隨機數進行格式化處理，當不滿足重復率和數量要求時，上位機將真隨機數作為種子代入相關算法再產生一定數量的偽隨機數，最后經過上位機進行格式化處理后，將所得的隨機數提供給所需設備。本發明能夠滿足真隨機數的同時，又能夠滿足對于隨機數的數量要求，且采用技術十分成熟的ADC采集電路，原理結構比較簡單，對于需要大量隨機數的場景具有較大的應用意義。

技術領域

本發明由單片機，電壓采樣電路，電流采樣電路，功率采樣電路，降壓電路，整流濾波電路，運放電路，上位機控制軟件以及現場電子設備組成，涉及一種基于單片機隨機源工作參數的真隨機數產生器及產生方法，上位機調用系統時間發給隨機數發生器，根據系統時間計算當前系統中確定設備在確定時刻的確定工作參數，將此刻所得的設備工作參數作為此刻所需隨機數，在系統啟動前，由操作人員先安裝好隨機數發生器，然后通過上位機獲取當前系統中的時間，上位機將此刻的時間發送到單片機，單片機根據時間函數算法計算出本次選取的電子設備編號以及電子設備在此時刻的工作參數(電壓、電流、功率)編號作為本次的隨機數，再將隨機數發送到上位機，由上位機對隨機數進行所需要的格式化處理完成一次隨機數的采集。

背景技術

真隨機數在統計模擬隨機抽樣、專用算法、通信加密和動態證書等領域中具有重要的作用，尤其在通信領域，真隨機數是動態密碼產生、密鑰產生、動態證書簽名的重要組成部分。常見的隨機數發生器有兩種，使用數學算法的偽隨機數發生器和以物理隨機量作為發生源的真隨機數發生器，偽隨機數發生器產生的隨機數重復率較高，從而導致隨機數分布不均衡，且容易被破解，真隨機數發生器基于特定的真隨機數發生源，每次獲取的真隨機數都是不可測的，具有很好的隨機性。但目前硬件真隨機數發生源均較復雜，而且很少有基于單片機的真隨機數發生器。構建一種軟硬結合的真隨機數發生器，具有廣泛的應用價值。該隨機數發生器結構簡單，價格低廉，通過軟硬結合的方式，提高了產生效率，拓寬了應用范圍，對一些需要大量隨機數的場景具有較大的應用意義。

傳統的真隨機數發生器通常利用自然界的物理隨機過程作為隨機源，這往往需要采用特殊的工藝和嚴格的環境，大大提高了成本且隨機數產生的效率也不高，且隨著設備精確度和所需隨機數數量的增加，設備的成本也不斷增加，因此需要一種產生真隨機數的處理方法。

無論在物聯網領域和工業控制領域，分布著大量的傳感器，這些傳感器在工作狀態下工作參數一定會發生變化，因此本發明采用ADC轉換模擬輸入電壓、電流、功率來產生數字輸出，同時結合上位機讀取系統的時間作為選擇函數，通過軟硬結合的方式，來產生真隨機數和一定數量的偽隨機數。

發明內容

為了應對偽隨機數重復率高，易遭破解，真隨機數發生器結構復雜成本高的缺點，本發明創新性的將軟硬件結合起來，將得到的真隨機數作為種子來產生一定數量的偽隨機數。首先由上位機調用系統的時間發到隨機數產生器，由隨機數產生器根據系統的時間計算當前需要讀取隨機數源的數據，并將隨機數發送給上位機，上位機進行所需要的隨機數格式轉換，完成一次隨機數的采集。其特征在于以下步驟：

(1)工作人員在系統啟動前安裝好隨機數發生器，并將隨機數發生器與上位機連接；

(2)操作人員需要產生隨機數時，將上位機讀取系統時間T_sys和本次需要的隨機數個數N_random發送給隨機數發生器；