DE19500599C2 - Non-deterministic random number generator - Google Patents

Non-deterministic random number generator

Info

Publication number
DE19500599C2
DE19500599C2 DE1995100599 DE19500599A DE19500599C2 DE 19500599 C2 DE19500599 C2 DE 19500599C2 DE 1995100599 DE1995100599 DE 1995100599 DE 19500599 A DE19500599 A DE 19500599A DE 19500599 C2 DE19500599 C2 DE 19500599C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
noise
random number
number generator
samples
computer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE1995100599
Other languages
German (de)
Other versions
DE19500599A1 (en
Inventor
Peter Dipl Phys Westphal
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE1995100599 priority Critical patent/DE19500599C2/en
Publication of DE19500599A1 publication Critical patent/DE19500599A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE19500599C2 publication Critical patent/DE19500599C2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/08Key distribution or management, e.g. generation, sharing or updating, of cryptographic keys or passwords
    • H04L9/0861Generation of secret information including derivation or calculation of cryptographic keys or passwords
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F7/00Methods or arrangements for processing data by operating upon the order or content of the data handled
    • G06F7/58Random or pseudo-random number generators
    • G06F7/588Random number generators, i.e. based on natural stochastic processes
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B29/00Generation of noise currents and voltages

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Testing Electric Properties And Detecting Electric Faults (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Zufallszahlengenerator hierfür, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bzw. 2.The invention relates to a method and a random number generator therefor, with the Features of the preamble of claim 1 and 2 respectively.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Erzeugung von Zufallszahlen zu schaffen, bei dem elektronisches oder optisches Rauschen abgetastet wird und da bei Zufallszahlen gewonnen werden, die gleichverteilt und besonders unkorreliert sind. Weiterhin soll ein Zufallszahlengenerator zur Durchführung des Verfahrens geschaffen werden. Es ist bekannt, daß echte, ganzzahlige Zufallszahlen beliebiger Größe aus einer Abfol­ ge von zufälligen binären Werten (logische 0 oder 1) erzeugt werden können, wenn die binären Werte unkorrelliert und gleichverteilt sind. Das heißt, unabhängig vom vor angehenden binären Wert folgt als nächster binärer Wert mit jeweils exakt 50%iger Wahrscheinlichkeit eine 0 bzw. eine 1. Ferner ist bekannt, daß Zufallsfolgen von binären Werten durch die Beobachtung radioaktiver Zerfälle oder das Abtasten von elektroni­ schem Rauschen erzeugt werden können [2]. Radioaktive Zerfälle zu beobachten, ist für eine breite Anwendung eines Zufallszahlengenerators aus Sicherheitsgründen nicht ge­ eignet.It is an object of the invention to provide a method for generating random numbers, with which electronic or optical noise is sampled and since with random numbers obtained that are evenly distributed and particularly uncorrelated. Furthermore, a Random number generator can be created to carry out the method. It is known that real, integer random numbers of any size from a sequence random binary values (logical 0 or 1) can be generated if the binary values are uncorrelated and evenly distributed. That is, regardless of the previous the following binary value follows as the next binary value, each with exactly 50% Probability a 0 or a 1. It is also known that random sequences of binary Values through the observation of radioactive decays or the scanning of electronics noise can be generated [2]. Watching radioactive decays is for a wide application of a random number generator is not ge for security reasons is suitable.

Verfahren zur Erzeugung von binären Zufallsfolgen, die auf der Abtastung von elektro­ nischem Rauschen beruhen, gibt es bereits. Diese Verfahren weisen jedoch Mängel auf und haben sich auch als Ersatz für Pseudo-Zufallszahlengeneratoren nicht durchgesetzt. Das wesentliche technische Problem besteht darin, die Gleichverteilung der binären Wer­ te zu gewährleisten und gleichzeitig Korrelationen zwischen den Werten zu vermeiden. Aus den US-Patenten 35 82 882, 36 12 845, 37 06 941, 41 76 399, 41 83 088, 4 42 709 und 48 53 884 sind Vorrichtungen bekannt, die zur Rauschabtastung elektronische Spannungs­ komparatoren bzw. Schwellwertschalter verwenden. Unabhängig davon, wie die so er­ zeugten Rauschabtastwerte weiterverarbeitet werden, muß bei diesen Verfahren stets die Gleichverteilung der binären Werte kontrolliert und nachgeregelt werden, da kein Gerät zur Spannungsabtastung völlig "offset-frei" ist, wie Fachleuten bekannt ist ("offset-frei" würde hier bedeuten, daß die angenommene Vergleichsspannung zeit- und temperaturun­ abhängig immer exakt gleich der wirklichen Vergleichsspannung ist). Jede Regelung bzw. Rückkopplung erzeugt jedoch unvermeidlich Korrelationen, weil nachfolgende Binärwerte durch vorangehende beeinflußt werden.Method for generating binary random sequences based on the scanning of electro African noise, there is already. However, these methods have shortcomings and have not become established as a replacement for pseudo-random number generators. The main technical problem is the equal distribution of the binary who To guarantee te while avoiding correlations between the values. From U.S. Patents 35 82 882, 36 12 845, 37 06 941, 41 76 399, 41 83 088, 4 42 709 and 48 53 884 devices are known which are used for noise sampling electronic voltage use comparators or threshold switches. Regardless of how he so generated noise samples must always be processed with these methods Even distribution of the binary values can be checked and readjusted since there is no device is completely "offset-free" for voltage sensing, as is known to experts ("offset-free" would mean here that the assumed reference voltage time and temperature is always exactly the same as the actual reference voltage). Any regulation or However, feedback inevitably creates correlations because of subsequent binary values  be influenced by previous ones.

Das in [1] beschriebene Verfahren verwendet ebenfalls einen Spannungskomparator und weist als Folge davon den erheblichen Mangel auf, daß die gewonnenen Zufallszahlen nicht gleichverteilt sind.The method described in [1] also uses a voltage comparator and as a result, has the significant shortcoming that the random numbers obtained are not equally distributed.

Das Verfahren gemäß der Offenlegungsschrift DE 42 13 988 A1 sieht zwar die Verwendung eines Analog/Digital-Wandlers vor, es beruht jedoch nicht auf der gezielten Abtastung elektronischen Rauschens, sondern auf dem Empfang der Hintergrundstrahlung des Welt­ raums. Da diese Strahlung keinerlei zeitliche Amplitudenschwankungen aufweist, ist das Verfahren grundsätzlich in Frage zu stellen. Bei dem speziellen Verfahren, den Binärwert dadurch festzulegen, ob die Anzahl der Spannungsspitzen in einem vorgegebenen Zeitintervall gerade oder ungerade ist (be­ schrieben in [2, 3]), tritt das Problem der Totzeit auf. Zudem ist dieses Verfahren empfindlich gegenüber Schwankungen des Rauscheffektivwertes und der Amplituden­ verteilung des Rauschens. Die genannten Probleme werden durch das neue Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 umgangen. Das elektronische, näherungsweise weiße Rauschen kann z. B. durch eine Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 8 erzeugt werden. Wenn das Verfahren nach Anspruch 2 angewendet wird, wird der Gleichspannungsanteil nach der Abtastung mit einem digitalen Hochpaß-Filter entfernt. Wenn das Verfahren nach Anspruch 3 an gewendet wird, ist das elektronische Rauschen vor der Abtastung gleichspannungsfrei, da es durch einen elektronischen Hochpaß geschickt wird. Die Hochpaß-Grenzfrequenz wird in jedem Fall so gewählt, daß die Netzfrequenz (in Deutschland 50 Hz) sowie signifikante Oberwellen davon und eventuell vorhandenes 1/f-Rauschen eliminiert werden.The method according to the published patent application DE 42 13 988 A1 sees the use an analog / digital converter, but it is not based on the targeted scanning electronic noise, but on receiving the background radiation of the world space. Since this radiation has no amplitude fluctuations over time, this is Always question the procedure. In the special procedure, the binary value is determined by whether the number of Voltage peaks in a given time interval is even or odd (be wrote in [2, 3]), the problem of dead time arises. In addition, this procedure sensitive to fluctuations in the rms noise value and the amplitudes distribution of noise. The problems mentioned are solved by the new method according to one of claims 1 bypassed 4. The electronic, approximately white noise can e.g. B. by a device generated according to one or more of claims 5 to 8. If the procedure is applied according to claim 2, the DC voltage component after the sampling removed with a digital high pass filter. If the method according to claim 3 is used, the electronic noise is free of DC voltage before sampling, because it is sent through an electronic high pass. The high-pass cut-off frequency is chosen so that the mains frequency (in Germany 50 Hz) as well as significant harmonics thereof and any existing 1 / f noise can be eliminated.

Das Verfahren nach Anspruch 3 ist vorzuziehen, weil ein elektronischer Hochpaß schneller und einfacher arbeitet als ein digitales Hochpaß-Filter. Im weiteren wird nur das Verfah­ ren nach Anspruch 3 näher beschrieben, da es sich prinzipiell nicht von dem Verfahren nach Anspruch 2 unterscheidet.The method of claim 3 is preferable because an electronic high pass is faster and works easier than a digital high-pass filter. In the following only the procedure ren described in more detail according to claim 3, since it is in principle not of the method differs according to claim 2.

Wird zu einem beliebigen Zeitpunkt die Rauschspannung hinter dem Hochpaß gemessen, so ist diese mit jeweils exakt 50%iger Wahrscheinlichkeit größer bzw. kleiner als 0 Volt. Ordnet man den Spannungswerten größer als 0 Volt eine logische 1 und den Spannungs­ werten kleiner als 0 Volt eine logische 0 zu, so ist die Forderung der Gleichverteilung im Sinne der Statistik exakt erfüllt. Jedoch besitzt auch der zur Abtastung verwendete bipolare Analog/Digital-Wandler einen kleinen "offset".If the noise voltage behind the high-pass filter is measured at any time,  so it is greater or less than 0 volts with an exactly 50% probability. If the voltage values greater than 0 volts are assigned a logical 1 and the voltage if a logic 0 is added to less than 0 volts, then the requirement is uniform distribution exactly met in terms of statistics. However, the one used for scanning also bipolar analog / digital converter a small "offset".

Im Gegensatz zu den Verfahren, die einen Komparator verwenden, besteht hier jedoch die Möglichkeit diesen "offset" wieder abzuziehen. Diese Aufgabe wird durch die Lehre des Anspruchs 4 gelöst. Der Abtastwerte-Satz wird so groß gewählt, daß sein Mittelwert in der Regel durch den "offset" und nicht durch eine natürliche Fluktuation des Erwar­ tungswertes Null dominiert wird. Da von allen Werten eines solchen Abtastwerte-Satzes der gleiche, relativ kleine Zahlenwert abgezogen wird, entstehen keine Korrelationen zwi­ schen den Abtastwerten, wie etwa bei einem Rückkopplungsverfahren.In contrast to the methods that use a comparator, however, there is the possibility to subtract this "offset" again. This task is accomplished through teaching of claim 4 solved. The sample set is chosen so large that its mean usually through the "offset" and not through a natural fluctuation of the Erwar value zero is dominated. Because of all values of such a sample set the same, relatively small numerical value is subtracted, there are no correlations between the samples, such as in a feedback method.

Die beschriebenen Manipulationen der ursprünglichen Abtastwerte sind sinnvoll nur mit einem Computer durchführbar, daher ist ein Computer notwendiger Bestandteil der Er­ findung; es sei denn die Anforderungen an die Zufallszahlen sind gering und/oder der Analog/Digital-Wandler besitzt einen so kleinen "offset", daß die rechnerischen Manipu­ lationen entfallen können.The described manipulations of the original samples are only useful with a computer feasible, therefore a computer is a necessary part of the Er finding; unless the requirements for random numbers are low and / or Analog / digital converter has such a small "offset" that the arithmetic manipulation lations can be omitted.

Es ist noch zu zeigen, daß die Korrelation zwischen den von der Erfindung produzier­ ten binären Werten, welche auf die begrenzte Frequenzbandbreite zurückzuführen ist, vernachlässigbar klein ist. Theoretisch beschrieben ist dieses Problem in [4]. Danach ist die Autokorrelationsfunktion (AKF) einer durch Rauschabtastung erzeugten binären Zufallsfolge durch folgende Funktion gegeben:It still has to be shown that the correlation between those produced by the invention binary values, which is due to the limited frequency bandwidth, is negligibly small. This problem is theoretically described in [4]. After that is the autocorrelation function (AKF) of a binary generated by noise sampling Random sequence given by the following function:

Dabei ist B = fb/fa und R = fs/fb. fb ist die obere und fa die untere Grenzfrequenz des Rauschens. fs ist die Abtastrate des Analog/Digital-Wandlers. Für brauchbare Zu­ fallszahlen muß der Betrag der AKF kleiner als 10-3 sein. Das weiter unten beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung erreicht:B = f b / f a and R = f s / f b . f b is the upper and f a the lower limit frequency of the noise. f s is the sampling rate of the analog / digital converter. For usable numbers, the AKF amount must be less than 10 -3 . The exemplary embodiment of the invention described below achieves:

|AKF| < e-100 ≈ 4 · 10-44 | AKF | <e -100 ≈ 4 · 10 -44

Die somit für alle praktischen Anwendungen als korrelationsfrei zu betrachtenden binären Zufallsfolgen, die durch die Erfindung produziert werden, lassen sich mit dem Computer in Zufallszahlen mit beliebigem Wertebereich umwandeln. Beispielsweise ergibt die Folge 10010111 im Zehnersystem die Zahl 151. Zu Kontrollzwecken kann die binäre oder die endgültige Zufallszahlen-Folge mit dem Computer statistisch getestet werden [5].The binary to be regarded as correlation-free for all practical applications  Random sequences produced by the invention can be created using the computer convert to random numbers with any value range. For example, the result is 10010111 in the tens system the number 151. For control purposes the binary or the final random number sequence can be statistically tested with the computer [5].

Der wesentliche mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht darin, daß determinier­ te Pseudo-Zufallszahlen jetzt durch nicht-determinierte Zufallszahlen hoher Qualität ersetzt werden können. Dadurch wird es u. a. möglich, realitätsnähere Monte-Carlo- Simulationsrechnungen, welche immer mehr Verbreitung finden, durchzuführen. Ge­ genüber anderen Zufallszahlengeneratoren, die auf der Abtastung von elektronischem Rauschen beruhen, produziert diese Erfindung Sätze von Zufallszahlen, die im Sinne der Statistik eine optimale Gleichverteilung aufweisen. Weiterhin sind die Zufallszahlen so gering korreliert (|AKF| < e-100) daß für alle praktischen Anwendungen Korrelationsfrei­ heit angenommen werden kann. Die Funktion der Erfindung ist im Gegensatz zu anderen Verfahren unempfindlich gegenüber der Amplitudenverteilung und dem Effektivwert des Rauschens. Die Erfindung nutzt die große Verbreitung von (Personal-) Computern. Für den poten­ tiellen Anwender stellt sie ein Zusatzgerät dar, das er ohne großen Aufwand an seinen Computer anschließen kann. Andererseits kann die Erfindung aber auch integraler Be­ standteil spezieller Geräte, wie z. B. Spielautomaten oder Verschlüsselungsmaschinen, sein.The main advantage achieved by the invention is that determined pseudo-random numbers can now be replaced by non-determined high quality random numbers. This makes it possible, among other things, to carry out more realistic Monte Carlo simulation calculations, which are becoming increasingly widespread. Compared to other random number generators which are based on the scanning of electronic noise, this invention produces sets of random numbers which have an optimal uniform distribution in the sense of the statistics. Furthermore, the random numbers are correlated so little (| AKF | <e -100 ) that correlation-free can be assumed for all practical applications. In contrast to other methods, the function of the invention is insensitive to the amplitude distribution and the effective value of the noise. The invention takes advantage of the widespread use of (personal) computers. For the potential user, it represents an additional device that he can connect to his computer with little effort. On the other hand, the invention can also be integral component of special devices, such as. B. slot machines or encryption machines.

Um die Arbeitsgeschwindigkeit zu vergrößern, können, statt elektronisches Rauschen abzutasten, Lichtfluktuationen optisch erfaßt werden. Dies würde höhere Rauschband­ breiten und damit höhere Abtastraten ermöglichen.To increase the working speed, instead of electronic noise to scan, light fluctuations are optically detected. This would be higher noise band enable wide and thus higher sampling rates.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is shown in the drawings and is in following described in more detail.

Es zeigtIt shows

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels der Erfindung, Fig. 1 is a block diagram of the embodiment of the invention,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel des elektronischen Rauschgenerators nach Anspruch 5. Fig. 2 shows an embodiment of the electronic noise generator according to claim 5.

Zunächst wird auf die Rauschquelle nach Fig. 2 bezug genommen. Der Rauschgene­ rator (1) besteht aus einer Serienschaltung von nichtinvertierenden Verstärkern (6), die mit der Spannungsversorgung (5) verbunden sind. Die Spannungsversorgung wird mit einem Netzteil oder Batterien gewährleistet. Die Details einer Operationsverstärker- Spannungsversorgung sind Fachleuten bekannt.First, reference is made to the noise source of FIG. 2. The noise generator ( 1 ) consists of a series connection of non-inverting amplifiers ( 6 ) which are connected to the voltage supply ( 5 ). The power supply is guaranteed with a power pack or batteries. The details of an operational amplifier power supply are known to those skilled in the art.

Durch geeignete Wahl der Operationsverstärker und der Verstärkungsfaktoren V der einzelnen Verstärkerstufen (6.x) erhält man am Ausgang der Verstärkerstufe (6.5) eine effektive Rauschspannung UR von etwa 1 Volt und eine obere Grenzfrequenz fb des Rau­ schens von etwa 1 MHz. fb entspricht der oberen Grenzfrequenz der Reihenschaltung von (6.1) bis (6.5), siehe [6].By suitable selection of the operational amplifier and the amplification factors V of the individual amplifier stages ( 6. x), an effective noise voltage U R of approximately 1 volt and an upper limit frequency f b of noise of approximately 1 MHz are obtained at the output of the amplifier stage ( 6.5 ). f b corresponds to the upper limit frequency of the series connection from ( 6.1 ) to ( 6.5 ), see [6].

Die zwischen die Verstärkerstufen geschalteten Hochpässe (7) und (8) verhindern, daß die Offset-Spannungen der Operationsverstärker die Verstärkerstufen sättigen. Die Grenzfre­ quenzen der Hochpässe (7) und (8) sind kleiner als die untere Grenzfrequenz des Rau­ schens fa = 16 kHz, die durch den Hochpaß (2) in Fig. 1 festgelegt wird.The high-pass filters ( 7 ) and ( 8 ) connected between the amplifier stages prevent the offset voltages of the operational amplifiers from saturating the amplifier stages. The Grenzfre frequencies of the high passes ( 7 ) and ( 8 ) are smaller than the lower limit frequency of Rau's f a = 16 kHz, which is determined by the high pass ( 2 ) in Fig. 1.

Im folgenden wird nur noch auf Fig. 1 bezug genommen. Rauschgenerator (1) und Hochpaß (2) werden elektromagnetisch abgeschirmt, um Störungen zu minimieren. Der bipolare Analog/Digital-Wandler (3) besitzt eine Auflösung von 8 Bit und einen Meßbe­ reich von -2,5 Volt bis +2,5 Volt. Mit dem Wandler (3) wird das Rauschen am Ausgang des Hochpasses (2) abgetastet. Die Abtastung wird durch den Computer (4), der die Abtastfrequenz fs = 1 kHz vorgibt, gesteuert.In the following, reference will only be made to FIG. 1. Noise generator ( 1 ) and high-pass filter ( 2 ) are shielded electromagnetically to minimize interference. The bipolar analog / digital converter ( 3 ) has a resolution of 8 bits and a measuring range from -2.5 volts to +2.5 volts. With the converter ( 3 ), the noise at the output of the high pass ( 2 ) is sampled. The sampling is controlled by the computer ( 4 ), which specifies the sampling frequency f s = 1 kHz.

Der Wandler (3) gibt ganzzahlige Werte, die den gemessenen Spannungen entsprechen, an den Computer (4) weiter. In den Arbeitsspeicher des Computers (4) werden jeweils 10000 dieser ganzzahligen Werte eingelesen. Die ganzzahligen Werte werden dann so normiert, daß dem Meßbereich des Wandlers (3) der reelle Zahlenbereich [-1 . . . +1] zu­ geordnet ist. Von den normierten Werten wird der Mittelwert berechnet und von allen normierten Werten abgezogen. Anschließend wird eine binäre Zufallsfolge gebildet, in­ dem den nun vorliegenden Werten eine logische 0 oder logische 1 zugeordnet wird, je nachdem, ob diese Werte kleiner oder größer als Null sind. Werte, die genau gleich Null sind, werden verworfen. Nach Gleichung (1) besitzt die so erzeugte binäre Zufallsfolge eine Autokorrelation von |AKF| ≈ 2,3 · 10-46. Die binäre Zufallsfolge kann nun in Zu­ fallszahlen mit beliebigem Wertebereich gewandelt werden. Beispielsweise lassen sich aus 10 000 binären Werten 2500 Zufallszahlen mit dem Wertebereich [0,1, . . ., 15] herstellen. Mit dem Chi-Quadrat-Test und dem Korrelations-Test nach [5] ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung keine systematische Abweichung von der Statistik echter Zufallszahlen nachweisbar. Die Zufallszahlen können nach der Herstellung direkt verwendet oder für den späteren Gebrauch in einem beliebigen Speicher festgehalten werden. The converter ( 3 ) passes integer values, which correspond to the measured voltages, to the computer ( 4 ). 10,000 of these integer values are read into the main memory of the computer ( 4 ). The integer values are then standardized so that the measuring range of the transducer ( 3 ) has the real number range [-1. . . +1] is assigned to. The mean value is calculated from the standardized values and subtracted from all standardized values. A binary random sequence is then formed in which a logical 0 or logical 1 is assigned to the now available values, depending on whether these values are less than or greater than zero. Values that are exactly zero are discarded. According to equation (1), the binary random sequence generated in this way has an autocorrelation of | AKF | ≈ 2.3 · 10 -46 . The binary random sequence can now be converted into random numbers with any value range. For example, 2500 random numbers with the value range [0.1,. . ., 15]. With the chi-square test and the correlation test according to [5], no systematic deviation from the statistics of real random numbers can be detected in this exemplary embodiment of the invention. The random numbers can be used directly after production or saved in any memory for later use.

Literaturliterature

[1] M. Klein, "Programmierbarer Zufallszahlengenerator mit Mikroprozessorsteue­ rung", Elektronik, Heft 14, 1978, S. 79
[2] C. H. Vincent, "The Generation of Truly Random Binary Numbers", J. Phys. E: Scientific Instrum., Vol. 3, 1970, S. 594
[3] R. S. Maddocks et al., "A Compact and Accurate Generator for Truly Random Binary Digits", J. Phys. E: Scientific Instrum., Vol. 5, 1972, S. 542
[4] N. O. Sokal, "Optimum Choice of Noise Freq. Band and Sampling Rate for Ge­ nerating Random Binary Digits from Clipped White Noise", IEEE Transactions on Computers, Jun. 1972, S. 614
[5] D. E. Knuth, "The Art of Computer Programming", Vol. 2, Addison-Wesley- Verlag, 2. Auflage, 1981, S. 38-71
[6] P. Hoppe, "Übertragungsverhalten analoger Schaltungen", Teubner-Verlag Stuttgart, 1. Auflage, 1994, S. 157
[1] M. Klein, "Programmable random number generator with microprocessor control", Electronics, Issue 14, 1978, p. 79
[2] CH Vincent, "The Generation of Truly Random Binary Numbers", J. Phys. E: Scientific Instrum., Vol. 3, 1970, p. 594
[3] RS Maddocks et al., "A Compact and Accurate Generator for Truly Random Binary Digits", J. Phys. E: Scientific Instrum., Vol. 5, 1972, p. 542
[4] NO Sokal, "Optimum Choice of Noise Freq. Band and Sampling Rate for Generating Random Binary Digits from Clipped White Noise", IEEE Transactions on Computers, Jun. 1972, p. 614
[5] DE Knuth, "The Art of Computer Programming", Vol. 2, Addison-Wesley-Verlag, 2nd edition, 1981, pp. 38-71
[6] P. Hoppe, "Transmission behavior of analog circuits", Teubner-Verlag Stuttgart, 1st edition, 1994, p. 157

Claims (8)

1. Verfahren zur Erzeugung von Zufallszahlen, bei dem ein elektronisches oder optisches Rauschen abgetastet wird und dabei Abtastwerte gewonnen werden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß von den Abtastwerten ein Mittelwert bestimmt wird; daß den Abtastwer­ ten entsprechend ihres Wertes oberhalb oder unterhalb des Mittelwertes ein binärer Wert zugeordnet wird; und daß aus den binären Werten eine Zufallszahl gebildet wird.1. A method for generating random numbers, in which an electronic or optical noise is sampled and thereby samples are obtained, characterized in that an average of the samples is determined; that the samples are assigned a binary value according to their value above or below the mean value; and that a random number is formed from the binary values. 2. Zufallszahlengenerator zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Rauschgenerator (1), einem Analog/Digital-Wandler (3) und einem Computer (4), da­ durch gekennzeichnet, daß der Analog/Digital-Wandler (3) zur Erzeugung der Abtast­ werte mit dem Rauschgenerator (1) verbunden ist; daß in dem Computer (4) ein Speicher zur Zwischenspeicherung der Abtastwerte vorhanden ist; daß der Computer (4) zur Be­ stimmung des Mittelwertes der zwischengespeicherten Abtastwerte ausgelegt ist; und daß in dem Computer (4) eine Zuordnungseinrichtung zur Zuordnung binärer Werte zu den Abtastwerten unter Berücksichtigung des Mittelwertes vorhanden ist.2. Random number generator for performing the method according to claim 1 with a noise generator ( 1 ), an analog / digital converter ( 3 ) and a computer ( 4 ), characterized in that the analog / digital converter ( 3 ) for generating the Samples are connected to the noise generator ( 1 ); that the computer ( 4 ) has a memory for temporarily storing the samples; that the computer ( 4 ) is designed to determine the average of the cached sample values; and that in the computer ( 4 ) there is an assignment device for assigning binary values to the sampled values, taking into account the mean value. 3. Zufallszahlengenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rauschen mittels eines Hochpasses vom Gleichanteil befreit wird, und daß zur Abtastung ein bipolarer Analog/Digital-Wandler verwendet wird.3. Random number generator according to claim 2, characterized in that that the noise is freed from the DC component by means of a high pass, and that for Sampling a bipolar analog-to-digital converter is used. 4. Zufallszahlengenerator nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß von den Abtastwerten per Computer der Gleichspannungsanteil abgezogen wird, das heißt, daß die Abtastwerte auf einen Wertebereich, der proportional zum Meßbereich des Analog/Digital-Wandlers ist, normiert werden und der Mittelwert des normierten Abtastwerte-Satzes von allen Abtastwerten des Satzes abgezogen wird, bevor daraus ei­ ne Abfolge von binären Werten erzeugt wird.4. random number generator according to one of claims 2 to 3, characterized in that the DC component is subtracted from the samples by computer, the means that the sample values are within a range of values that is proportional to the measuring range of the analog / digital converter is standardized and the mean value of the standardized Sample set is subtracted from all samples of the set before ei ne sequence of binary values is generated. 5. Zufallszahlengenerator nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des elektronischen Rauschens eine Reihenschaltung von Operations­ verstärker-Schaltungen verwendet wird.5. random number generator according to one of claims 2 to 4, characterized in that a series connection of operations to generate the electronic noise amplifier circuits is used. 6. Zufallszahlengenerator nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Netzfrequenz und die zugehörigen Oberwellen sowie das 1/f-Rauschen mit einem Hochpaß-Filter aus dem Rauschen weitgehend entfernt werden.6. random number generator according to one of claims 2 to 5, characterized in that the network frequency and the associated harmonics as well as the 1 / f noise with a High-pass filters are largely removed from the noise. 7. Zufallszahlengenerator nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauschquelle mit einem Netzteil oder per Batterie versorgt wird.7. Random number generator according to one of claims 2 to 6, characterized in that  that the noise source is powered by a power pack or by battery. 8. Zufallszahlengenerator nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Rauschquelle, Analog/Digital-Wandler und Computer getrennt, teilweise getrennt oder als eine Einheit hergestellt bzw. verwendet werden.8. random number generator according to one of claims 2 to 7, characterized in that noise source, analog / digital converter and computer separately, partially separated or manufactured or used as a unit.
DE1995100599 1995-01-11 1995-01-11 Non-deterministic random number generator Expired - Fee Related DE19500599C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1995100599 DE19500599C2 (en) 1995-01-11 1995-01-11 Non-deterministic random number generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1995100599 DE19500599C2 (en) 1995-01-11 1995-01-11 Non-deterministic random number generator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE19500599A1 DE19500599A1 (en) 1996-07-18
DE19500599C2 true DE19500599C2 (en) 1998-03-19

Family

ID=7751268

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE1995100599 Expired - Fee Related DE19500599C2 (en) 1995-01-11 1995-01-11 Non-deterministic random number generator

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE19500599C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011014948A1 (en) * 2010-10-25 2012-04-26 Robert Niggl Method for generating supply of real random numbers used in cryptography application, involves representing corresponding indicator light modes as ready and busy states, when start/stop command is transmitted from control unit

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2980576B2 (en) * 1997-09-12 1999-11-22 株式会社東芝 Physical random number generating apparatus and method, and physical random number recording medium
DE19744586A1 (en) * 1997-10-09 1999-04-15 Guenther Dipl Phys Magens Coding digital data for distant transmission
US7472148B2 (en) 2004-07-23 2008-12-30 Qualcomm Incorporated Method and apparatus for random-number generator

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4213988A1 (en) * 1992-04-29 1993-11-04 Hechtenberg Rolf Rene Random number generation using environmental background electric noise - producing bit sequence from non-periodic amplitudes of detected 3 K black-body radiation in excess of threshold level

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4213988A1 (en) * 1992-04-29 1993-11-04 Hechtenberg Rolf Rene Random number generation using environmental background electric noise - producing bit sequence from non-periodic amplitudes of detected 3 K black-body radiation in excess of threshold level

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Elektronik, 1978, H. 14, S. 79-82 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011014948A1 (en) * 2010-10-25 2012-04-26 Robert Niggl Method for generating supply of real random numbers used in cryptography application, involves representing corresponding indicator light modes as ready and busy states, when start/stop command is transmitted from control unit

Also Published As

Publication number Publication date
DE19500599A1 (en) 1996-07-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tal et al. Computing with the leaky integrate-and-fire neuron: logarithmic computation and multiplication
DE2439577A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR TESTING HIGHLY INTEGRATED CIRCUITS
EP0441998B1 (en) Fiberoptic sagnac interferometer with digital phase cancellation for measuring rotation rate
EP0475497A2 (en) Stuffing decision circuit for a bit rate adaption apparatus
EP0017251B1 (en) Circuitry for determining the mean period length of a periodical signal
DE2656080A1 (en) DEVICE FOR DETERMINING AT LEAST ONE PARAMETER OF AN AUTOCORRELATION FUNCTION
DE19500599C2 (en) Non-deterministic random number generator
DE2541671A1 (en) ELECTRIC SIGNAL STABILIZATION CIRCUIT
DE602004005959T2 (en) Apparatus for generating a random bit string
EP0922962B1 (en) Procedure and device for sampling a reactance
DE602005005408T2 (en) Method and device for measuring the frequency response of a digital receiver
DE1952235C2 (en) Frequency meter for measuring the difference between two unknown input frequencies
DE3629534C2 (en)
EP1099192B1 (en) Clocked integrated semiconductor circuit and method for operating the same
EP0612410B1 (en) Scanning process for jitter signals
DE102020214998A1 (en) Quantum random number generator and method with direct random number extraction from multi-event histograms
EP0236258B1 (en) Method for the conversion of an analogous signal into a digital signal
EP0676887B1 (en) Method for generating a digital sinus signal with a predetermined sampling rate and circuit for the implementation of the method
DE3918263C2 (en) Method and circuit arrangement for obtaining a hole clock
DE2028731C3 (en) Circuit arrangement for the metrological determination of mean values over time
DE2164345A1 (en) Device for measuring dynamic characteristics of semiconductor switching elements
DE4190022C2 (en) Guitar control system
DE2929862A1 (en) CLOCK CIRCUIT WITH A WOBBED OUTPUT FREQUENCY
DE3925947C2 (en)
DE2140387C3 (en)

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8122 Nonbinding interest in granting licenses declared
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee