RU2642351C1 - Method of selecting noise diodes using measuring device for generator of random numbers - Google Patents
Method of selecting noise diodes using measuring device for generator of random numbers Download PDFInfo
- Publication number
- RU2642351C1 RU2642351C1 RU2017101200A RU2017101200A RU2642351C1 RU 2642351 C1 RU2642351 C1 RU 2642351C1 RU 2017101200 A RU2017101200 A RU 2017101200A RU 2017101200 A RU2017101200 A RU 2017101200A RU 2642351 C1 RU2642351 C1 RU 2642351C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diodes
- random number
- number generator
- mathematical expectation
- output
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
- G06F17/10—Complex mathematical operations
- G06F17/18—Complex mathematical operations for evaluating statistical data, e.g. average values, frequency distributions, probability functions, regression analysis
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F7/00—Methods or arrangements for processing data by operating upon the order or content of the data handled
- G06F7/02—Comparing digital values
- G06F7/026—Magnitude comparison, i.e. determining the relative order of operands based on their numerical value, e.g. window comparator
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F7/00—Methods or arrangements for processing data by operating upon the order or content of the data handled
- G06F7/58—Random or pseudo-random number generators
- G06F7/588—Random number generators, i.e. based on natural stochastic processes
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06G—ANALOGUE COMPUTERS
- G06G7/00—Devices in which the computing operation is performed by varying electric or magnetic quantities
- G06G7/12—Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers
- G06G7/26—Arbitrary function generators
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Предполагаемое изобретение относится к аппаратным генераторам случайных чисел и может быть использовано для генераторов случайных цифровых последовательностей различной радиоизмерительной аппаратуры и систем тестирования каналов обмена информацией, датчиков случайных чисел, средств криптографической защиты информации и т.п.The alleged invention relates to hardware random number generators and can be used for random digital sequence generators of various radio measuring equipment and systems for testing information exchange channels, random number sensors, means of cryptographic information protection, etc.
Уровень техникиState of the art
Аппаратные генераторы случайных чисел широко используются в различных устройствах измерительной и криптографической техники. Основой таких генераторов является генераторы равномерно распределенных случайных чисел, формирующие поток чисел с математическим ожиданием (МО), близким к идеальному значению 0,5.Hardware random number generators are widely used in various devices of measuring and cryptographic equipment. The basis of such generators is generators of uniformly distributed random numbers, forming a stream of numbers with a mathematical expectation (MO) close to the ideal value of 0.5.
В качестве источника шума в таких генераторах используются резисторы, диоды или транзисторы различного типа. Разработаны и применяются в практике специальные шумовые диодыResistors, diodes, or transistors of various types are used as a noise source in such generators. Special noise diodes are developed and applied in practice.
Так, известен способ генерации случайных чисел (патент РФ №2363979, приоритет от 23.07.2004 г.), заключающийся в том, чтоSo, there is a known method for generating random numbers (RF patent No. 2363979, priority of July 23, 2004), which consists in the fact that
- генерируют случайные числа, имеющие регулируемое распределение на основе, по меньшей мере, одного регулируемого входного значения;- generate random numbers having an adjustable distribution based on at least one adjustable input value;
- формируют выборку генерированных случайных чисел;- form a sample of the generated random numbers;
- вычисляют, по меньшей мере, одну метрику на основе выборки;- calculate at least one metric based on the sample;
- сравнивают метрику с соответствующим опорным значением; и- compare the metric with the corresponding reference value; and
- регулируют регулируемое входное значение на основе результата сравнения так, чтобы генерированные случайные числа достигали требуемого распределения;- adjust the adjustable input value based on the comparison result so that the generated random numbers reach the desired distribution;
- при этом регулировка регулируемого входного значения на основе упомянутого сравнения содержит этапы, на которых- wherein the adjustment of the adjustable input value based on the comparison contains the steps in which
В качестве метрики может использоваться среднее значение (МО) и средне-квадратическое отклонение (СКО).As a metric, the mean value (MO) and standard deviation (RMS) can be used.
Для реализации способа используется устройство для генерации случайных чисел, содержащееTo implement the method, a device for generating random numbers containing
- средство для генерации случайных чисел, имеющих регулируемое распределение на основе, по меньшей мере, одного регулируемого входного значения;- means for generating random numbers having an adjustable distribution based on at least one adjustable input value;
- средство для формирования выборки генерированных случайных чисел;- means for generating a sample of random numbers generated;
- средство для вычисления, по меньшей мере, одной метрики на основе выборки;- means for calculating at least one metric based on the sample;
- средство для сравнения метрики с соответствующим опорным значением; и- means for comparing the metric with the corresponding reference value; and
- средство для регулировки регулируемого входного значения на основе результата упомянутого сравнения так, чтобы генерированные случайные числа достигали требуемого распределения;- means for adjusting the adjustable input value based on the result of said comparison so that the generated random numbers reach the desired distribution;
при этом средство для регулировки регулируемого входного значения на основе упомянутого сравнения содержитwherein means for adjusting the adjustable input value based on said comparison comprises
- средство для регулировки значения сдвига постоянной составляющей для генерации аналогового напряжения шумов для того, чтобы вызвать достижение генерированными случайными числами требуемого числового среднего значения; и- means for adjusting the offset value of the DC component to generate an analog noise voltage in order to cause the generated random numbers to reach the desired numerical average value; and
- средство для регулировки значения опорного напряжения для того, чтобы вызвать достижение генерированными случайными числами требуемого числового диапазона.- means for adjusting the value of the reference voltage in order to cause the generated random numbers to reach the desired numerical range.
Таким образом, для реализации известного способа используется одиночное средство для генерации случайных чисел, а в качестве источника шума используется один ШД.Thus, to implement the known method, a single means is used to generate random numbers, and one BW is used as a noise source.
Для обеспечения необходимого распределения случайных чисел используются аппаратные регулировки постоянного опорного напряжения для аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и постоянного напряжения смещения в дифференциальном усилителе (ДУ).To ensure the necessary distribution of random numbers, hardware adjustments of the constant reference voltage are used for the analog-to-digital converter (ADC) and the constant bias voltage in the differential amplifier (DU).
Для реализации известного способа и обеспечения последующей работы ГСЧ требуется дополнительный этап достаточно длительной и трудоемкой регулировки, с привлечением квалифицированного персонала.To implement the known method and ensure the subsequent operation of the RNG, an additional stage of a rather long and laborious adjustment is required, with the involvement of qualified personnel.
Недостатками известного способа являютсяThe disadvantages of this method are
1) необходимость сложного дополнительного аппаратного и программного обеспечения получения на выходе необходимого распределения случайных чисел,1) the need for complex additional hardware and software to obtain the necessary distribution of random numbers at the output,
2) необходимость выполнения нескольких регулировок.2) the need to perform several adjustments.
Известен также способ генерации случайных чисел (патент США №6857003, приоритет от 12.07.2001 г.), включающий следующие шаги:There is also known a method for generating random numbers (US patent No. 6857003, priority from 07/12/2001), comprising the following steps:
- генерация 1-го шумового сигнала и прохождение 1-го шумового сигнала через 1-й фильтр высоких частот, который удаляет периодический компонент, содержащийся в 1-м шумовом сигнале, чтобы сформировать 1-й шумовой сигнал, имеющий 1/f зависимость, в 1-м блоке генератора шума и;- generating a 1st noise signal and passing the 1st noise signal through the 1st high-pass filter, which removes the periodic component contained in the 1st noise signal to form the 1st noise signal having a 1 / f dependence, in 1st block of the noise generator and;
- генерация 2-го шумового сигнала и прохождение 2-го шумового сигнала через 2-й фильтр высоких частот, который удаляет периодический компонент, содержащийся во 2-м [шумовом сигнале], чтобы сформировать 2-й шумовой сигнал, имеющий 1/f зависимость, во 2-м блоке генератора шума и;- generating a 2nd noise signal and passing the 2nd noise signal through the 2nd high-pass filter, which removes the periodic component contained in the 2nd [noise signal] to form a 2nd noise signal having a 1 / f dependence , in the 2nd block of the noise generator and;
- передача 1-го и 2-го шумовых сигналов, имеющих 1/f зависимость, в дифференциальный блок, чтобы получить разностный сигнал между 1-м и 2-м шумовыми сигналами, и- transmitting the 1st and 2nd noise signals having a 1 / f dependence to a differential unit to obtain a difference signal between the 1st and 2nd noise signals, and
- генерация из разностного сигнала случайных чисел, у которых нет периодичности из-за 1/f зависимости 1-го и 2-го шумовых сигналов.- generation of random numbers from a difference signal that do not have periodicity due to the 1 / f dependence of the 1st and 2nd noise signals.
Разностный сигнал, сформированный дифференциальным блоком, преобразуется АЦП в цифровой сигнал, и преобразованный таким образом цифровой сигнал является источником случайных чисел.The difference signal generated by the differential block is converted by the ADC into a digital signal, and the digital signal converted in this way is a source of random numbers.
Для реализации данного способа используются два одинаковых средства (блока) для генерации случайных чисел, затем производится вычитание сигнала в ДУ и последующая обработка разностного сигнала, а в качестве источников шума используются ШД или резисторы.To implement this method, two identical means (blocks) are used to generate random numbers, then the signal in the remote control is subtracted and the differential signal is subsequently processed, and SD or resistors are used as noise sources.
Для обеспечения необходимого распределения случайных чисел используются аппаратные регулировки постоянного опорного напряжения для аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и объем выборки выходного цифрового сигнала.To ensure the necessary distribution of random numbers, hardware adjustments of the constant reference voltage for the analog-to-digital converter (ADC) and the sample size of the output digital signal are used.
В качестве источника шума в известном способе предпочтительно используются ШД, также могут применяться резисторы.As a noise source in the known method, SD is preferably used, and resistors can also be used.
Известный способ принимается за прототип.The known method is taken as a prototype.
Недостатками известного способа являютсяThe disadvantages of this method are
1) необходимость дополнительного аппаратного обеспечения для получения на выходе необходимого распределения случайных чисел,1) the need for additional hardware to get the required distribution of random numbers at the output,
2) необходимость выполнения нескольких регулировок в зависимости от использованной пары ШД.2) the need to make several adjustments depending on the used stepper motor pair.
Здесь также для реализации известного способа и обеспечения последующей работы ГСЧ требуется дополнительный этап достаточно длительной и трудоемкой регулировки, с привлечением квалифицированного персонала.Here, also, to implement the known method and ensure the subsequent operation of the RNG, an additional stage of a rather long and laborious adjustment is required, with the involvement of qualified personnel.
В прототипе используется пара ШД, в общем случае, выбираемая случайным образом из партии однотипных ШД. Как показывает опыт, такая пара ШД, в общем случае, может дать последовательность на выходе, которая не обеспечивает необходимых статистических характеристик распределения случайных чисел, в частности, неприемлемое отличие от заданного идеального значения МО=0,5.The prototype uses a pair of SD, in the General case, randomly selected from a batch of the same type of SD. As experience shows, such a pair of SDs, in the general case, can give a sequence at the output that does not provide the necessary statistical characteristics of the distribution of random numbers, in particular, an unacceptable difference from a given ideal value of MO = 0.5.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention
Техническим результатом являетсяThe technical result is
1) получение пары диодов, обеспечивающих на выходе ДСЧ последовательность случайных чисел с заданными статистическими характеристиками,1) obtaining a pair of diodes that provide at the output of the DSL a sequence of random numbers with predetermined statistical characteristics,
2) упрощение процесса подготовки ГСЧ к последующей работе за счет отказа от регулировок используемого аппаратного обеспечения.2) simplification of the RNG preparation process for subsequent work due to the refusal to adjust the hardware used.
Для этого предлагается способ выбора шумовых диодов с близкими характеристиками с использованием измерительного устройства для генератора случайных чисел,For this, a method is proposed for selecting noise diodes with similar characteristics using a measuring device for a random number generator,
причем измерительное устройство выполнено с возможностью формирования числовой последовательности и включаетmoreover, the measuring device is configured to form a numerical sequence and includes
- генератор аналогового шума на основе шумового диода;- an analog noise generator based on a noise diode;
- усилитель;- amplifier;
- фильтр высоких частот;- high pass filter;
- компаратор с цифровым выходом;- comparator with digital output;
- блок выборки;- block sampling;
- блок обработки, выполненный с возможностьюa processing unit configured to
а генератор случайных чисел выполнен с возможностью формирования числовой последовательности и содержитand the random number generator is configured to generate a numerical sequence and contains
- два одинаковых генератора аналогового шума на основе шумовых диодов;- two identical analog noise generators based on noise diodes;
- два одинаковых усилителя;- two identical amplifiers;
- два одинаковых фильтра высоких частот;- two identical high-pass filters;
- компаратор с цифровым выходом;- comparator with digital output;
- блок выборки;- block sampling;
- блок обработки, выполненный с возможностьюa processing unit configured to
способ, заключающийся в том, чтоthe method is that
- устанавливают перечень статистических характеристик числовой последовательности, включающий, по крайней мере,- establish a list of statistical characteristics of the numerical sequence, including at least
- для каждого диода из набора однотипных диодов выполняют следующие действия:- for each diode from a set of the same type of diodes perform the following steps:
- выбирают пару диодов из набора, осуществляя следующие действия:- choose a pair of diodes from the set by performing the following steps:
- определяют положение диодов выбранной пары в генераторах аналогового шума генератора случайных чисел, осуществляя следующие действия:- determine the position of the diodes of the selected pair in the analog noise generators of the random number generator by performing the following actions:
- устанавливают диоды в выбранное положение в генераторы аналогового шума для последующего использования в генераторе случайных чисел.- set the diodes in the selected position in the analog noise generators for subsequent use in the random number generator.
Блок-схема измерительного устройства показана на фиг. 1, а блок-схема генератора случайных чисел показана на фиг. 2, где цифрами обозначены: 1 - шумовой диод, 2 - генератор аналогового шума, 3 - усилитель, 4 - фильтр высоких частот, 5 - компаратор, 6 - блок выборки, 7 - блок обработки.A block diagram of the measuring device is shown in FIG. 1, and a block diagram of a random number generator is shown in FIG. 2, where the numbers indicate: 1 - noise diode, 2 - analog noise generator, 3 - amplifier, 4 - high-pass filter, 5 - comparator, 6 - sampling unit, 7 - processing unit.
Для генератора случайных чисел выбирается подходящая пара диодов из нескольких однотипных единиц (партии диодов), причем размер партии может быть различным, в зависимости от условий изготовления или производства генераторов случайных чисел, - от 3-5 до 50-100 штук.For a random number generator, a suitable pair of diodes is selected from several units of the same type (diode batch), and the batch size can be different, depending on the conditions of manufacture or production of random number generators, from 3-5 to 50-100 pieces.
Сначала все диоды последовательно помечаются, например, путем присвоения условного номера в партии, и помещаются в измерительное устройство, и для каждого диода в ходе его работы проводятся измерения параметров и расчет статистических характеристик выходной числовой битовой последовательности, в результате чего для каждого диода получают два значения - МО и дисперсию.First, all diodes are sequentially marked, for example, by assigning a conditional number in a batch, and placed in a measuring device, and for each diode during its operation, parameters are measured and the statistical characteristics of the output numerical bit sequence are calculated, as a result of which two values are obtained for each diode - MO and variance.
Расчет МО и дисперсии может быть проведен по известным формулам (Маркин Н.С. Основы теории обработки результатов измерений, М., Издательство стандартов, 1991)The calculation of MO and dispersion can be carried out according to well-known formulas (Markin N.S. Fundamentals of the theory of processing measurement results, M., Publishing house of standards, 1991)
где x 0 - МО;where x 0 is MO;
x i - значение случайной величины на выходе; x i is the value of the random variable at the output;
n - количество измерений случайной величины на выходе; n is the number of measurements of a random variable at the output;
σ - СКО.σ - standard deviation.
После проведения измерений и расчетов для всех диодов получается совокупность значений МО и дисперсии. Этот набор значений удобно поместить в таблицу и затем ранжировать по возрастанию величины МО. Из-за разброса физических характеристик диодов значения МО и дисперсии находятся в определенном интервале.After measurements and calculations for all diodes, a combination of the values of MO and dispersion is obtained. This set of values is conveniently placed in a table and then ranked by increasing MO value. Due to the scatter in the physical characteristics of the diodes, the values of MO and dispersion are in a certain range.
Затем выбирают пару диодов из набора, осуществляя следующие действия:Then choose a pair of diodes from the set, performing the following steps:
- отмечают пары диодов, имеющих максимальную абсолютную разницу математического ожидания с идеальным значением и минимальную разницу значений математического ожидания в паре;- note the pairs of diodes having the maximum absolute difference of the mathematical expectation with an ideal value and the minimum difference of the mathematical expectation values in a pair;
- выбирают из совокупности пар диодов с минимальной разницей значений математического ожидания пару диодов, имеющих минимальную разницу значений дисперсии.- choose from a set of pairs of diodes with a minimum difference in the values of the mathematical expectation a pair of diodes having a minimum difference in the values of the variance.
Как показали проведенные измерения для генератора случайных чисел на основе двух диодов, статистические характеристики выходной числовой последовательности зависят от размещения пары диодов в генераторах аналогового шума, несмотря на все усилия по достижению максимальной идентичности элементов схем этих генераторов. Если изначально провести случайный выбор диодов из пары, поместить их в генераторы аналогового шума (положение диодов 1) и измерить статистические характеристики выходной числовой последовательности, то получится определенный результат. Если затем поменять диоды из пары местами в в генераторах аналогового шума (положение диодов 2) и снова измерить статистические характеристики, то выяснится, что результат будет отличаться по сравнению с полученным для положения диодов 1.As the measurements for a random number generator based on two diodes showed, the statistical characteristics of the output numerical sequence depend on the placement of a pair of diodes in the analog noise generators, despite all efforts to achieve maximum identity of the circuit elements of these generators. If we initially randomly select diodes from a pair, put them in analog noise generators (position of diodes 1) and measure the statistical characteristics of the output numerical sequence, we get a certain result. If then we swap the diodes from a pair in places in the analog noise generators (position of the diodes 2) and measure the statistical characteristics again, it turns out that the result will differ from that obtained for the position of the
Поэтому целесообразно проделать описанную процедуру для выбранной из партии пары диодов и затем окончательно установить диоды в генератор случайных чисел в том положении, в котором обеспечиваются лучшие статистические характеристики выходной числовой последовательности.Therefore, it is advisable to perform the described procedure for a pair of diodes selected from a batch and then finally install the diodes in the random number generator in the position in which the best statistical characteristics of the output numerical sequence are provided.
Таким образом, при реализации предложенного способа обеспечивается выбор пары диодов, обеспечивающих на выходе генератора случайных чисел последовательность случайных чисел с заданными статистическими характеристиками.Thus, when implementing the proposed method, it is possible to select a pair of diodes that provide a sequence of random numbers with given statistical characteristics at the output of the random number generator.
При этом существенно упрощается процесс подготовки генератора случайных чисел к последующей работе, поскольку не требуется никаких регулировок в схеме генератора.At the same time, the process of preparing the random number generator for subsequent work is greatly simplified, since no adjustments are required in the generator circuit.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На фиг. 1 показана блок-схема измерительного устройства.In FIG. 1 shows a block diagram of a measuring device.
На фиг. 2 показана блок-схема генератора случайных чисел.In FIG. 2 shows a block diagram of a random number generator.
Осуществление изобретения Для осуществления способа необходимы два устройства, представляющих собой аппаратные генераторы случайных чисел на основе шумовых диодов:The implementation of the invention To implement the method requires two devices, which are hardware random number generators based on noise diodes:
- одноканальный - для снятия статистических характеристик одиночных диодов (измерительное устройство),- single-channel - for taking statistical characteristics of single diodes (measuring device),
- двухканальный - для снятия статистических характеристик пары диодов. Допустимо для снятия статистических характеристик одиночных диодов использование одного из каналов двухканального генератора случайных чисел.- two-channel - for taking statistical characteristics of a pair of diodes. It is permissible to take the statistics of single diodes using one of the channels of a two-channel random number generator.
Одноканальный генератор случайных чисел (фиг. 1) включаетA single-channel random number generator (Fig. 1) includes
- генератор аналогового шума 2 на основе шумового диода 1,- an
- усилитель 3, предназначенный для уменьшения влияния последующих каскадов на генератор аналогового шума 2,-
- фильтр высоких частот 4, предназначенного для устранения влияния на выходной сигнал низкочастотных составляющих шумового сигнала и наводок,- high-
- компаратор 5 с цифровым выходом, предназначенный для преобразования аналогового шумового сигнала от генератора аналогового шума 2 в случайную цифровую последовательность,- a
- блок выборки 6, предназначенный для выборки отсчетов цифрового сигнала из случайной цифровой последовательности с выхода компаратора 5 с задаваемой блоком обработки 7 частотой.-
Двухканальный генератор случайных чисел (фиг. 2) включаетThe two-channel random number generator (Fig. 2) includes
- два идентичных генератора аналогового шума 2 на основе шумовых диодов 1,- two identical generators of
- два идентичных усилителя 3, предназначенных для уменьшения влияния последующих каскадов на генераторы аналогового шума 2,- two
- два идентичных фильтра высоких частот 4, предназначенных для устранения влияния на выходной сигнал низкочастотных составляющих шумового сигнала и наводок,- two identical high-
- компаратор 5 с цифровым выходом, предназначенный для вычитания аналоговых шумовых сигналов с генераторов аналогового шума 2 и преобразования разностного аналогового шумового сигнала в случайную цифровую последовательность,- a
- блок выборки 6, предназначенный для выборки отсчетов цифрового сигнала из случайной цифровой последовательности с выхода компаратора 5 с задаваемой блоком обработки 7 частотой.-
Для получения статистических характеристик случайной цифровой последовательности с выхода блока выборки служит блок обработки 7, в состав которого входятTo obtain statistical characteristics of a random digital sequence from the output of the sample block, a
- блок ввода данных в персональный компьютер (ПК), позволяющий вводить в ПК случайную цифровую последовательность с одно- или двухканального генератора случайных чисел,- a data input unit in a personal computer (PC) that allows you to enter a random digital sequence into a PC from a single or dual channel random number generator,
- программное обеспечение, позволяющее анализировать статистические характеристики вводимой в ПК через устройство сопряжения цифровой последовательности.- software that allows you to analyze the statistical characteristics of the digital sequence entered into the PC through the interface device.
Блок обработки выполнен с возможностьюThe processing unit is configured to
- задавать частоту выборки для блока выборки 6,- set the sampling frequency for
- получать цифровой сигнал от блока выборки 6,- receive a digital signal from the
- обрабатывать цифровой сигнал для получения выбранных статистических характеристик случайной цифровой последовательности.- process a digital signal to obtain selected statistical characteristics of a random digital sequence.
Реализация предложенного способа может быть показана на конкретном примере выбора подходящей пары диодов из партии объемом 50 штук ШД типа 2Г401Б (Кремниевые шумовые диоды 2Г401А-В, КГ401А-В, статья по адресу http://asest.com/196-2g401a-2g401b-2g401v-kg401a-kg401b-kg401v).The implementation of the proposed method can be shown on a specific example of the selection of a suitable pair of diodes from a batch of 50 pieces of ШД 2Г401Б type Ш (Silicon noise diodes 2Г401А-В, КГ401А-В, article at http://asest.com/196-2g401a-2g401b- 2g401v-kg401a-kg401b-kg401v).
Для измерения характеристик диодов устанавливалась частота выборки для измерительного устройства порядка 1 МГц, которая обеспечивала проведение измерений для одного диода в течение 3-5 минут, так что вся партия может быть исследована за половину рабочего дня. При этом в ходе измерений для каждого диода анализировалось n=106 значений битовой последовательности.To measure the characteristics of the diodes, the sampling frequency for the measuring device was set to about 1 MHz, which provided measurements for one diode for 3-5 minutes, so that the entire batch can be examined in half a working day. Moreover, in the course of measurements for each diode, n = 10 6 values of the bit sequence were analyzed.
Ошибка вычисления МО ожидания рассчитывалась по формуле (ГОСТ Р 8.736- 2011):The error in calculating the MO expectations was calculated by the formula (GOST R 8.736-2011):
где Kα,n - коэффициент Стьюдента;where K α, n is the student coefficient;
α - уровень значимости (принимался равным 5%).α - significance level (assumed equal to 5%).
Для принятых значений Kα,n=1,96, соответственно, погрешность вычисления МО не превышает 1×10-3.For the accepted values of K α, n = 1.96, respectively, the error in calculating the MO does not exceed 1 × 10 -3 .
Можно также отметить, что, поскольку на выходе генератора могут быть только два значения случайного числа - 0 или 1, то, на основе указанной выше формулы для расчета D, идеальное значение дисперсии составляет D=0,25.It can also be noted that, since there can be only two values of a random number at the generator output - 0 or 1, then, based on the above formula for calculating D, the ideal dispersion value is D = 0.25.
Для проведения измерений для каждого диода из набора однотипных диодов выполняют следующие действия:To carry out measurements for each diode from a set of the same type of diodes, the following actions are performed:
- отмечают диод из набора однотипных диодов,- note the diode from the set of the same type of diodes,
- устанавливают диод в генератор аналогового шума измерительного устройства,- install the diode in the analog noise generator of the measuring device,
- получают статистические характеристики числовой последовательности, относящиеся к отмеченному диоду, на выходе измерительного устройства,- get the statistical characteristics of the numerical sequence related to the marked diode at the output of the measuring device,
- сохраняют данные о статистических характеристиках отмеченного диода.- save data on the statistical characteristics of the marked diode.
Результаты измерений для 50 диодов приведены в табл. 1 (диодам были присвоены условные номера от 51 до 100)The measurement results for 50 diodes are given in table. 1 (conditional numbers from 51 to 100 were assigned to diodes)
Результаты, приведенные в табл. 1, позволяют сделать следующие выводы:The results are shown in table. 1, allow us to draw the following conclusions:
1) генератор на одном диоде дает сниженные по сравнению с идеальными значения MO и D,1) a generator on a single diode gives reduced in comparison with the ideal values of MO and D,
2) значения МО и D могут ощутимо отличаться для разных диодов из одной партии.2) the values of MO and D can significantly differ for different diodes from the same batch.
Для более удобного анализа результаты измерений можно осуществить сортировку по нарастанию среди данных о математическом ожидании диодов (табл. 2).For a more convenient analysis, the measurement results can be sorted by increase among the data on the mathematical expectation of diodes (Table 2).
На основе данных табл. 2 выбирают пару диодов из набора, осуществляя следующие действия:Based on the data table. 2 select a pair of diodes from the set by performing the following steps:
В результате, выбирается пара диодов с номерами 65 и 87.As a result, a pair of diodes with numbers 65 and 87 is selected.
В целом, из имеющегося набора можно выбрать пары диодов 52-69, 72-88, 73-95, 56-79, 57-91, 77-80, 51-97, 64-99, 82-67 (приведены первые 10 пар, номера выбранных диодов в ячейках табл. 2 смещены к правому краю). Такой выбор среди одной партии может быть полезен, если из партии выбирается не одна пара диодов, а, например, решается задача последовательного неоднократного выбора пар диодов (с изъятием из состава партии диодов) для последующей установки в изготавливаемые генераторы.In general, from the available set, you can choose the pairs of diodes 52-69, 72-88, 73-95, 56-79, 57-91, 77-80, 51-97, 64-99, 82-67 (the first 10 pairs are given , the numbers of the selected diodes in the cells of Table 2 are shifted to the right edge). Such a choice among one batch can be useful if more than one pair of diodes is selected from a batch, but, for example, the problem of sequential multiple selection of diode pairs (with the removal of diodes from the batch) for subsequent installation in manufactured generators is solved.
После этого определяют положение диодов выбранной пары в генераторах аналогового шума генератора случайных чисел, осуществляя следующие действия:After that, the position of the diodes of the selected pair in the analog noise generators of the random number generator is determined by performing the following actions:
- устанавливают на основе случайного выбора диоды из выбранной пары в генераторы аналогового шума,- set on the basis of a random selection of diodes from the selected pair in the analog noise generators,
- отмечают сведения об установленных диодах для каждого генератора аналогового шума (положение 1),- note the information about the installed diodes for each analog noise generator (position 1),
- получают математическое ожидание числовой последовательности на выходе генератора случайных чисел,- get the mathematical expectation of a numerical sequence at the output of a random number generator,
- сохраняют значение полученного математического ожидания,- save the value of the obtained mathematical expectation,
- меняют местами диоды в генераторах аналогового шума,- swap the diodes in the analog noise generators,
- отмечают сведения об установленных диодах для каждого генератора аналогового шума (положение 2),- note the information about the installed diodes for each analog noise generator (position 2),
- получают математическое ожидание числовой последовательности на выходе генератора случайных чисел,- get the mathematical expectation of a numerical sequence at the output of a random number generator,
- сравнивают значения математического ожидания числовой последовательности на выходе генератора случайных чисел для положения 1 и положения 2,- compare the values of the mathematical expectation of the numerical sequence at the output of the random number generator for
- выбирают положение диодов с наименьшим отклонением от заданного значения математического ожидания и с наименьшим отклонением от заданного значения дисперсии числовой последовательности на выходе генератора случайных чисел.- choose the position of the diodes with the smallest deviation from the set value of the mathematical expectation and with the smallest deviation from the set value of the variance of the numerical sequence at the output of the random number generator.
Результаты измерений для двух положений выбранной пары диодов 65-87 приведены в табл. 3. В этой же таблице для сравнения приведены также результаты измерений для пар диодов 52-69, 72-88, 73-95, 56-79, 57-91, 77-80, 51-97, 64-99, 82-67.The measurement results for the two positions of the selected pair of diodes 65-87 are given in table. 3. In the same table, for comparison, the measurement results are also given for pairs of diodes 52-69, 72-88, 73-95, 56-79, 57-91, 77-80, 51-97, 64-99, 82-67 .
Результаты, приведенные в табл. 3, показывают, что перестановка диодов из одной пары позволяет выбрать положение диодов, при котором снижается отклонение от заданного идеального значения МО и отклонение от заданного идеального значения дисперсии числовой последовательности на выходе генератора случайных чисел.The results are shown in table. 3 show that the permutation of the diodes from one pair allows you to choose the position of the diodes at which the deviation from the set ideal value of MO decreases and the deviation from the set ideal value of the variance of the numerical sequence at the output of the random number generator.
Для иллюстрации эффективности предложенного способа подбора диодов в табл. 4 приведены результаты измерений для случайно выбранных из партии пар диодов. При этом выбор проводился из сортированного списка табл. 2, в которой весь список разделялся на условные группы, которые находились в начале списка, в середине, в конце.To illustrate the effectiveness of the proposed method for the selection of diodes in table. Figure 4 shows the measurement results for randomly selected diode pairs from a batch. In this case, the selection was carried out from the sorted list of the table. 2, in which the entire list was divided into conditional groups, which were at the beginning of the list, in the middle, at the end.
Результаты, приведенные в табл. 4, показывают, чтоThe results are shown in table. 4 show that
1) случайный выбор может оказаться удачным, что видно на примере пары диодов 63-82,1) a random choice may be successful, as can be seen in the example of a pair of diodes 63-82,
2) у большей части случайно выбранных пар диодов характеристики оказываются хуже, чем у пар диодов, выбранных согласно предложенному способу.2) for most of the randomly selected pairs of diodes, the characteristics are worse than for pairs of diodes selected according to the proposed method.
Необходимо отметить, что возможны и другие варианты реализации предложенного способа, отличающиеся от описанного выше и зависящие от личных предпочтений при программировании отдельных действий и функций.It should be noted that other options for implementing the proposed method are possible, which differ from the one described above and depend on personal preferences when programming individual actions and functions.
Claims (43)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017101200A RU2642351C1 (en) | 2017-01-16 | 2017-01-16 | Method of selecting noise diodes using measuring device for generator of random numbers |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017101200A RU2642351C1 (en) | 2017-01-16 | 2017-01-16 | Method of selecting noise diodes using measuring device for generator of random numbers |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2642351C1 true RU2642351C1 (en) | 2018-01-24 |
Family
ID=61023618
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017101200A RU2642351C1 (en) | 2017-01-16 | 2017-01-16 | Method of selecting noise diodes using measuring device for generator of random numbers |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2642351C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU199488U1 (en) * | 2020-02-21 | 2020-09-03 | Общество с ограниченной ответственностью Фирма "Анкад" | Device for obtaining sequences of random binary numbers |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000298577A (en) * | 1999-04-13 | 2000-10-24 | Hitachi Ltd | Random number generation device |
| US6542014B1 (en) * | 1999-11-02 | 2003-04-01 | Leisure Electronics Technology | Thermal noise random pulse generator and random number generator |
| RU2216034C2 (en) * | 2000-07-24 | 2003-11-10 | Ниигата Юниверсити | Random number generating method |
| RU2363979C2 (en) * | 2004-07-23 | 2009-08-10 | Квэлкомм Инкорпорейтед | Method and device for generating random numbers |
| RU2417406C2 (en) * | 2008-11-10 | 2011-04-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Digital sequence generator having uniform distribution |
-
2017
- 2017-01-16 RU RU2017101200A patent/RU2642351C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000298577A (en) * | 1999-04-13 | 2000-10-24 | Hitachi Ltd | Random number generation device |
| US6542014B1 (en) * | 1999-11-02 | 2003-04-01 | Leisure Electronics Technology | Thermal noise random pulse generator and random number generator |
| RU2216034C2 (en) * | 2000-07-24 | 2003-11-10 | Ниигата Юниверсити | Random number generating method |
| RU2363979C2 (en) * | 2004-07-23 | 2009-08-10 | Квэлкомм Инкорпорейтед | Method and device for generating random numbers |
| RU2417406C2 (en) * | 2008-11-10 | 2011-04-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Digital sequence generator having uniform distribution |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU199488U1 (en) * | 2020-02-21 | 2020-09-03 | Общество с ограниченной ответственностью Фирма "Анкад" | Device for obtaining sequences of random binary numbers |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7266358B2 (en) | Method and system for noise reduction in measurement receivers using automatic noise subtraction | |
| Crama et al. | Initial estimates of Wiener and Hammerstein systems using multisine excitation | |
| US10914782B2 (en) | Test system and test method for testing a device under test | |
| US8786293B1 (en) | Noise parameter measurement system and method | |
| US5929628A (en) | Apparatus and method for performing amplitude calibration in an electronic circuit tester | |
| CN109459614B (en) | Spectrum analyzer and signal searching method thereof | |
| CN109426655B (en) | Data analysis method and device, electronic equipment and computer readable storage medium | |
| RU2642351C1 (en) | Method of selecting noise diodes using measuring device for generator of random numbers | |
| RU2383027C2 (en) | Method and instrument for characterisation of linear properties of electric component | |
| Cho et al. | Calibration of time-interleaved errors in digital real-time oscilloscopes | |
| US9667302B2 (en) | Fast calibration | |
| Havunen et al. | Using deconvolution for correction of non-ideal step response of lightning impulsedigitizers and measurement systems | |
| CN111044962A (en) | Bandwidth flatness calibration method based on FFT | |
| US3393301A (en) | Testing apparatus | |
| CN114384968B (en) | Phase noise generation method and system capable of regulating and controlling size by utilizing specific frequency offset point | |
| Buchczik et al. | Evaluation of calibration results using the least median of squares method in the case of linear multivariate models | |
| Sudani et al. | A comparative study of state-of-The-Art high-performance spectral test methods | |
| JP2006523848A (en) | Single sweep measurement of multiple optical properties | |
| US11719723B2 (en) | Signal post-processing method, signal post-processing circuit and oscilloscope | |
| Pejović | An automated system for frequency response measurement based on free software tools | |
| Herzog et al. | Audio testing by means of families of binary correlation sequences | |
| CN109752364B (en) | Asynchronous fading fluorescence elimination method of multi-component system Raman spectrum | |
| Moschitta et al. | Measurements of transient phenomena with digital oscilloscopes | |
| RU2773481C1 (en) | Method for determining the time delay between copies of a non-deterministic pseudo-random signal | |
| Miguel et al. | Temperature Analysis of an Aging Chamber Using Mobile Average Filter |