[发明专利]基于物理噪声的奇偶性生成真随机数的方法及其系统

说明书

技术领域

本发明涉及随机数发生器的技术领域，特别涉及一种基于物理噪声的奇偶性生成真随机数的方法及其系统，可以高效率、高稳定性、即时地产生真随机数序列。

背景技术

高质量的随机数在保密通信、信息安全、身份验证、密码协议、数字签名等领域都有非常重要的应用。另外，商业上的彩票和赌博机也需要高质量的随机数来实现其不可预测性。目前如何高速地产生高质量的随机数是密码学乃至信息安全的重要研究方向。

理想的随机数发生器生成分布均匀、彼此独立的数据序列。根据所产生的方式，随机数序列可以分为伪随机数和真随机数两类，伪随机数由一个初始状态(称为“种子”)开始，利用具有足够长周期的伪随机数发生器(函数)在计算机上产生伪随机数，一旦给定算法和种子值，序列输出就是确定的了。目前，计算机以及互联网安全系统均采用伪随机数发生器，这种依靠算法产生的随机序列经过一定长度后会出现重复现象，对于需要高度安全的密码系统来说，这是很危险的。而真随机数的产生是依托自然界物理现象的随机特性，这些物理随机源是不可预测的，比如熔岩灯、放射性衰变、大气噪声、电路的热噪声等等，因而，真随机数可以彻底地消除了伪随机数的周期性问题，产生的随机数序列具备不确定性、无法预测性以及不可重复性的特点，显然对于信息系统来说，用数学方法产生的伪随机数不如用物理方法产生的真随机数的安全性高。

目前，市场上有一些基于随机物理现象的真随机数产生设备，其主要产生真随机数的方法是鉴别幅值法，就是规定一个鉴别幅值，然后对物理噪声源进行采样，如果采样得到的信号高于规定的鉴别幅值，则输出1，否则输出0，从而生成二进制随机数序列，但是，此方法稳定性很差，抗干扰能力差，容易受到温度、压力等环境因素的影响，降低了生成随机数序列的随机性能。另外，还有一种产生真随机数的方法是时间间隔法，这种方法是根据序列片断的位数来生成随机数序列的，此方法虽然在稳定性方面有所提高，但是效率比较低，需要很长的序列产生几位随机数，而且，此方法不能即时输出随机数序列，因为生成原理决定其在输出随机数序列上有一段延迟时间。

因此，兼顾高效率和稳定性的真随机数的生成方法是个难点，目前真随机数的生成方法中尚没有一种方法可以既保证高效率地即时地生成随机数序列，又保证生成随机数序列的稳定性，使其具有良好的抗干扰能力。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于物理噪声的奇偶性生成真随机数的方法及其系统，能够兼顾高效率和稳定性的问题，在保证高效率地即时地生成真随机数序列的同时又保证了生成真随机数序列的稳定性，具有良好的抗干扰能力。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于物理噪声的奇偶性生成真随机数的方法，该方法根据噪声经过模数转换后的奇偶性来生成真随机数的方法，其包括以下步骤：

1)通过物理噪声源产生模拟噪声信号；

2)将获取的物理噪声源产生的模拟噪声信号进行模拟/数字变换，转换成数字噪声信号；

3)根据转换后的数字噪声信号的奇偶性生成二进制随机数；

4)重复循环步骤2)和步骤3)，直至得到足够多的随机数为止，最终得到包含若干随机数的序列。

作为上述技术方案的一种改进，所述的步骤3)为根据转换后的数字噪声信号的奇偶性生成二进制随机数0或1，如果数字噪声信号为偶数，则输出二进制随机数0/1；对应地，如果数字噪声信号为奇数，则输出二进制随机数1/0。

上述方法中，优选所述步骤3)中输出二进制随机数的规则为：规则i)如果数字噪声信号为偶数，则输出二进制随机数0；如果数字噪声信号为奇数，则输出二进制随机数1。

或者，优选所述步骤3)中输出二进制随机数的规则为：规则ii)如果数字噪声信号为偶数，则输出二进制随机数1；如果数字噪声信号为奇数，则输出二进制随机数0。

作为上述技术方案的一种改进，所述的步骤4)的循环过程中的步骤3)根据转换后的数字噪声信号的奇偶性生成二进制随机数的规则可以是变化的。即在所述步骤4)的循环过程中还优选包括以下步骤：根据循环次数而交换步骤3)中输出二进制随机数0和1的规则i)和规则ii)。

作为上述技术方案的一种推广，所述的物理噪声源无任何限制，可以为均匀白噪声、高斯白噪声或泊松分布的噪声等各种物理噪声。

本发明的另一目的在于，还提供了一种基于物理噪声的奇偶性生成真随机数的系统，能够高效率、高稳定性、即时地生成具备优秀随机性能的二进制随机数序列。该系统根据噪声的奇偶性来产生二进制真随机数，所述的系统包括：时钟模块、噪声源模块、模数转换模块、真随机数生成模块，其中，