[發(fā)明專利]一種基于液體分子布朗運(yùn)動(dòng)的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211173602.8
• 申請(qǐng)日: 2017-05-10
• 公開（公告）號(hào): CN115373635A
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李昀芊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 李昀芊
• 主分類號(hào): G06F7/58
• 分類號(hào): G06F7/58
• 代理公司: 北京卓愛普專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11920
• 代理人: 王玉松

本發(fā)明公開了一種真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，其包括隨機(jī)數(shù)采集單元和隨機(jī)數(shù)生成單元。所述隨機(jī)數(shù)采集單元包括：耐高壓的封閉透明液體池，其內(nèi)盛有做布朗運(yùn)動(dòng)的顆粒形成的混合物；高速顯微成像設(shè)備，其周期性地拍攝所述混合物內(nèi)部切面以獲得多幀圖片。所述隨機(jī)數(shù)生成單元包括：數(shù)字化處理器，其處理所述多幀圖片，以得到初步隨機(jī)數(shù)串A₀；后處理器，其對(duì)A₀進(jìn)行處理，以得到隨機(jī)數(shù)列。

本申請(qǐng)為中國專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N201710326230，名稱為一種基于液體分子布朗運(yùn)動(dòng)的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的分案申請(qǐng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，并且更具體地說，涉及一種基于液體分子布朗運(yùn)動(dòng)的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器。

背景技術(shù)

隨機(jī)數(shù)在密碼學(xué)、仿真、集成電路測(cè)試等領(lǐng)域有重要作用。隨機(jī)數(shù)序列通常是隨機(jī)二進(jìn)制序列組合，按照是否可再現(xiàn)、可預(yù)測(cè)，可以將隨機(jī)數(shù)分為偽隨機(jī)數(shù)和真隨機(jī)數(shù)。偽隨機(jī)數(shù)并不是真正地隨機(jī)，它們通常是由諸如計(jì)算機(jī)等各種電子設(shè)備計(jì)算得出的，因此一旦知道了其生成方法以及一些參數(shù)(例如隨機(jī)數(shù)種子)，就可得到完全相同的偽隨機(jī)數(shù)，從而面臨被破譯的風(fēng)險(xiǎn)，因此，為了通信的安全性，需要能夠產(chǎn)生真隨機(jī)數(shù)的發(fā)生器。

真隨機(jī)數(shù)通常只能通過物理現(xiàn)象獲得。常見的真隨機(jī)數(shù)的熵源例如但不限于電路噪聲、宇宙噪聲、放射性衰變等。當(dāng)前的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器通常基于電路噪聲等來產(chǎn)生真隨機(jī)數(shù)，但是所述噪聲通常較小，很難直接準(zhǔn)確地對(duì)其進(jìn)行測(cè)量和量化，通常的做法是對(duì)其放大后進(jìn)行測(cè)量。然而，由于放大器并非絕對(duì)線性放大，因此對(duì)較小的噪聲放大后所得到的電流信號(hào)的隨機(jī)性勢(shì)必受到影響。其他的真隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生方法，例如利用亞穩(wěn)態(tài)的觸發(fā)器來產(chǎn)生真隨機(jī)數(shù)，則通常存在隨機(jī)性不夠等問題。

另外，隨著通信速率的提高，還存在對(duì)高速真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的需要，以滿足不斷提高的通信速率的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種高速的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，其以液體布朗運(yùn)動(dòng)作為熵源，通過周期性地拍攝布朗運(yùn)動(dòng)并對(duì)拍攝的圖片進(jìn)行數(shù)字化處理來提供高速且具有足夠隨機(jī)性的真隨機(jī)數(shù)列。

所述真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器包括隨機(jī)數(shù)采集單元和隨機(jī)數(shù)生成單元。所述隨機(jī)數(shù)采集單元包括：耐高壓的封閉透明液體池，其內(nèi)盛有由無色透明膠質(zhì)液體和在所述無色透明膠質(zhì)液體內(nèi)做布朗運(yùn)動(dòng)的顆粒形成的混合物，以及用來容納所述無色透明膠質(zhì)液體在高壓下膨脹的真空密封空間；高速顯微成像設(shè)備，其周期性地拍攝所述混合物內(nèi)部切面以獲得多幀圖片。所述隨機(jī)數(shù)生成單元包括：數(shù)字化處理器，其將由所述高速顯微成像設(shè)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(biāo)系中，畫出網(wǎng)格，遍歷所述網(wǎng)格中的所有交叉點(diǎn)并分析所述交叉點(diǎn)周圍的灰度，以獲得所述交叉點(diǎn)代表的隨機(jī)數(shù)，進(jìn)而得到對(duì)應(yīng)于所述每一幀圖片的初步隨機(jī)數(shù)串A₀；后處理器，其對(duì)所述數(shù)字化處理器處理得到的所述初步隨機(jī)數(shù)串A₀進(jìn)行處理，以得到隨機(jī)數(shù)列；其中，所述高速顯微成像設(shè)備在所述透明液體池的一側(cè)對(duì)準(zhǔn)所述透明液體池內(nèi)的混合物的中間部分進(jìn)行拍攝，所述高速顯微成像設(shè)備的對(duì)側(cè)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(shè)備電連接到所述隨機(jī)數(shù)生成單元。

附圖說明

圖1是隨機(jī)數(shù)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(jī)數(shù)采集單元中的耐高壓的封閉透明液體池100以及其內(nèi)的混合物210和真空密封空間220的示圖。

圖3是由隨機(jī)數(shù)采集單元中的高速顯微成像設(shè)備周期性地拍攝的、所述封閉透明液體池100內(nèi)的所述混合物210的內(nèi)部切面300。

圖4是由隨機(jī)數(shù)生成單元中的數(shù)字化處理器進(jìn)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(biāo)系中進(jìn)行數(shù)字化處理以得到初步隨機(jī)數(shù)串A₀的示圖400。