CN112328207B - 一种基于单片机随机源工作参数的真随机数产生器及产生方法 - Google Patents

一种基于单片机随机源工作参数的真随机数产生器及产生方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112328207B
CN112328207B CN202011370444.6A CN202011370444A CN112328207B CN 112328207 B CN112328207 B CN 112328207B CN 202011370444 A CN202011370444 A CN 202011370444A CN 112328207 B CN112328207 B CN 112328207B
Authority
CN
China
Prior art keywords
random number
random
random numbers
true
upper 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.)
Active
Application number
CN202011370444.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112328207A (zh
Inventor
赵东东
石乐义
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.)
China University of Petroleum East China
Original Assignee
China University of Petroleum East China
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 China University of Petroleum East China filed Critical China University of Petroleum East China
Priority to CN202011370444.6A priority Critical patent/CN112328207B/zh
Publication of CN112328207A publication Critical patent/CN112328207A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112328207B publication Critical patent/CN112328207B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Tests Of Electronic Circuits (AREA)

Abstract

本发明提供了一种基于单片机随机源工作参数的真随机数产生器及产生方法，该方法通过调用系统时间Tsys作为种子来计算随机源的设备编号Nequipment及其工作参数编号Nparameter，然后驱动相应的模块对设备的工作参数进行采集，将所得的真随机数TNG1，TNG2，TNG3...TNGn发送到上位机，真随机数的数量n与操作员输入的所需随机数数量Nrandom相等，操作人员判断此次得到的真随机数是否满足重复率和数量的要求，当满足要求时由上位机对真随机数进行格式化处理，当不满足重复率和数量要求时，上位机将真随机数作为种子代入相关算法再产生一定数量的伪随机数，最后经过上位机进行格式化处理后，将所得的随机数提供给所需设备。本发明能够满足真随机数的同时，又能够满足对于随机数的数量要求，且采用技术十分成熟的ADC采集电路，原理结构比较简单，对于需要大量随机数的场景具有较大的应用意义。

Description

一种基于单片机随机源工作参数的真随机数产生器及产生 方法
技术领域
本发明由单片机，电压采样电路，电流采样电路，功率采样电路，降压电路，整流滤波电路，运放电路，上位机控制软件以及现场电子设备组成，涉及一种基于单片机随机源工作参数的真随机数产生器及产生方法，上位机调用系统时间发给随机数发生器，根据系统时间计算当前系统中确定设备在确定时刻的确定工作参数，将此刻所得的设备工作参数作为此刻所需随机数，在系统启动前，由操作人员先安装好随机数发生器，然后通过上位机获取当前系统中的时间，上位机将此刻的时间发送到单片机，单片机根据时间函数算法计算出本次选取的电子设备编号以及电子设备在此时刻的工作参数(电压、电流、功率)编号作为本次的随机数，再将随机数发送到上位机，由上位机对随机数进行所需要的格式化处理完成一次随机数的采集。
背景技术
真随机数在统计模拟随机抽样、专用算法、通信加密和动态证书等领域中具有重要的作用，尤其在通信领域，真随机数是动态密码产生、密钥产生、动态证书签名的重要组成部分。常见的随机数发生器有两种，使用数学算法的伪随机数发生器和以物理随机量作为发生源的真随机数发生器，伪随机数发生器产生的随机数重复率较高，从而导致随机数分布不均衡，且容易被破解，真随机数发生器基于特定的真随机数发生源，每次获取的真随机数都是不可测的，具有很好的随机性。但目前硬件真随机数发生源均较复杂，而且很少有基于单片机的真随机数发生器。构建一种软硬结合的真随机数发生器，具有广泛的应用价值。该随机数发生器结构简单，价格低廉，通过软硬结合的方式，提高了产生效率，拓宽了应用范围，对一些需要大量随机数的场景具有较大的应用意义。
传统的真随机数发生器通常利用自然界的物理随机过程作为随机源，这往往需要采用特殊的工艺和严格的环境，大大提高了成本且随机数产生的效率也不高，且随着设备精确度和所需随机数数量的增加，设备的成本也不断增加，因此需要一种产生真随机数的处理方法。
无论在物联网领域和工业控制领域，分布着大量的传感器，这些传感器在工作状态下工作参数一定会发生变化，因此本发明采用ADC转换模拟输入电压、电流、功率来产生数字输出，同时结合上位机读取系统的时间作为选择函数，通过软硬结合的方式，来产生真随机数和一定数量的伪随机数。
发明内容
为了应对伪随机数重复率高，易遭破解，真随机数发生器结构复杂成本高的缺点，本发明创新性的将软硬件结合起来，将得到的真随机数作为种子来产生一定数量的伪随机数。首先由上位机调用系统的时间发到随机数产生器，由随机数产生器根据系统的时间计算当前需要读取随机数源的数据，并将随机数发送给上位机，上位机进行所需要的随机数格式转换，完成一次随机数的采集。其特征在于以下步骤：
(1)工作人员在系统启动前安装好随机数发生器，并将随机数发生器与上位机连接；
(2)操作人员需要产生随机数时，将上位机读取系统时间Tsys和本次需要的随机数个数Nrandom发送给随机数发生器；
(3)随机数发生器接收到来自上位机的系统时间Tsys，根据算法计算此时刻下的设备编号Nequipment，此设备在此时刻的工作参数编号Nparameter，然后驱动相应的电压采集电路、电流采集电路、功率采集电路，对设备的工作参数进行采集，并转换成数字信号数据；
(4)单片机将所得真随机数TNG1，TNG2，TNG3…TNGn，一齐发送到上位机；
(5)操作人员判断本次采集的真随机数的重复率和有效数量，当满足条件时，通过上位机将所采集的真随机数进行所需要的格式化处理，否则通过上位机将本次真随机数作为种子，代入函数中来产生一定数量的伪随机数，伪随机数产生结束后再将随机数进行格式化处理；
(6)上位机将本次随机数提供给所需设备，完成一次随机数的采集和生成。
将系统时间代入选择函数，单片机通过对选择函数的计算得出本次所选择的随机源：设备编号Nequipment，工作参数编号Nparameter，然后单片机驱动电压采集模块、电流采集模块、功率采集模块完成对随机源的采集之后，将随机数发送至上位机，由上位机完成对随机数的格式化处理。在所得的真随机数不满足重复率和数量的情况下，上位机将得到的真随机数作为种子，进一步进行相应的运算，得到一定数量的伪随机数。系统在确保真随机数发生器产生不可预测的真随机数同时，又可以产生大量的基于真随机数产生的伪随机数，大大提高了系统产生随机数的效率。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例中的技术方案，下面结合附图与具体实施方案对本发明做进一步说明：
图1随机数发生器结构图。
图2基于单片机随机源工作参数的真随机数产生器流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的描述。
本发明通过软硬件结合的方式，确保产生不可预测真随机数的同时，能够根据需求利用产生的真随机数作为种子，再产生一定数量的伪随机数，最后再通过上位机软件对真随机数和伪随机数进行格式化处理。能够满足对随机数的数量要求和格式化的要求。该发明主要包含以下几个步骤：
a.操作员首先把随机数发生器与控制室上位机和现场设备连接好，系统完成初始化；
b.操作员把上位机读取的系统时间Tsys和本次需要的随机数个数Nrandom发送给随机数发生器；
c.随机数发生器根据上位机发来的系统时间Tsys代入选择函数进行计算，随机数发生器将系统时间Tsys代入选择函数计算公式，分别计算出本次采集的随机源的设备编号Nequipment和此设备在此时刻的工作参数编号Nparameter，计算完成后由单片机驱动相应的采集电路对设备和其工作参数进行采集；
d.单片机驱动相应模块进行参数读取，单片机驱动电压采集电路、电流采集电路、功率采集电路，对选择的设备进行参数的读取，将所得到的真随机数TRN1，TRN2，TRN3…TRNn发送到上位机进行下一步处理；
e.操作人员根据收到得真随机数判断是否满足重复率和数量的要求，操作人员按照自己的要求对得到的随机数进行格式化或者以真随机数作为种子再产生一定数量的伪随机数；
f.上位机将所得的随机数进行格式化处理，当所有的随机数全部满足操作员对于重复率和数量的要求后，由上位机对所有的随机数进行格式化处理，并将本次的随机数提供给所需的设备。
本发明利用现有成熟的ADC采集技术，将其与上位机软件结合起来，在利用ADC进行电压、电流、功率采集得到真随机数的同时，又可以通过上位机将所得的真随机数作为种子结合算法再产生一定数量的伪随机数，使得系统能够产生不可预测的真随机数的同时，又能够产生一定数量的伪随机数，大大满足了操作人员对于随机数重复率和数量的需求。同时，本发明硬件部分全部采用技术非常成熟的ADC采集模块，原理和结构比较简单，能够快速生产大量随机数的同时，成本低廉，对于需要大量随机数的场景具有较大的应用意义。

Claims (1)

1.一种基于单片机随机源工作参数的真随机数产生器的产生方法，其特征在于包含以下步骤：
a.操作员首先把随机数发生器与控制室上位机和现场设备连接好，系统完成初始化；
b.操作员把上位机读取的系统时间Tsys和本次需要的随机数个数Nrandom发送给随机数发生器；
c.随机数发生器根据上位机发来的系统时间Tsys代入选择函数进行计算，随机数发生器将系统时间Tsys代入选择函数计算公式，分别计算出本次采集的随机源的设备编号Nequipment和此设备在此时刻的工作参数编号Nparameter，计算完成后由单片机驱动相应的采集电路对设备和其工作参数进行采集；
d.单片机驱动相应模块进行参数读取，单片机驱动电压采集电路、电流采集电路、功率采集电路，对选择的设备进行参数的读取，将所得到的真随机数TRN1，TRN2，TRN3...TRNn发送到上位机进行下一步处理；
e.操作人员根据收到的真随机数判断是否满足重复率和数量的要求，操作人员按照自己的要求对得到的随机数进行格式化或者以真随机数作为种子再产生一定数量的伪随机数；
f.上位机将所得的随机数进行格式化处理，当所有的随机数全部满足操作员对于重复率和数量的要求后，由上位机对所有的随机数进行格式化处理，并将本次的随机数提供给所需的设备；
g.所述步骤d中TRN1，TRN2，TRN3...TRNn，其中TRN1表示随机数产生器产生的第一个真随机数，TRN2表示随机数产生器产生的第二个真随机数，TRN3表示随机数产生器产生的第三个真随机数，TRNn表示随机数产生器产生的第n个真随机数，其中n＝Nrandom，Nrandom为操作员在上位机输入的本次所需要随机数个数；
h.所述步骤e中，操作员通过上位机收到真随机数，当所收到的真随机数满足操作员所需的要求，则上位机按照操作人员所需随机数的格式进行格式化处理，当所收到的真随机数不满足重复率和数量的要求，则通过上位机将真随机数作为种子代入相关算法进行进一步的计算，得到一定数量的伪随机数，直至满足要求为止。
CN202011370444.6A 2020-11-30 2020-11-30 一种基于单片机随机源工作参数的真随机数产生器及产生方法 Active CN112328207B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011370444.6A CN112328207B (zh) 2020-11-30 2020-11-30 一种基于单片机随机源工作参数的真随机数产生器及产生方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011370444.6A CN112328207B (zh) 2020-11-30 2020-11-30 一种基于单片机随机源工作参数的真随机数产生器及产生方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112328207A CN112328207A (zh) 2021-02-05
CN112328207B true CN112328207B (zh) 2022-08-12

Family

ID=74309131

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011370444.6A Active CN112328207B (zh) 2020-11-30 2020-11-30 一种基于单片机随机源工作参数的真随机数产生器及产生方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112328207B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104285486A (zh) * 2012-05-04 2015-01-14 高通股份有限公司 用于测量干扰和传达信息的方法和装置
CN106502627A (zh) * 2016-10-12 2017-03-15 黑龙江省电工仪器仪表工程技术研究中心有限公司 一种伪随机数种子生成方法
CN110286878A (zh) * 2019-06-25 2019-09-27 电子科技大学 Mcu随机间隔转换电桥电压的真随机数产生器及产生方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08195755A (ja) * 1995-01-19 1996-07-30 Hochiki Corp 端末機識別システム
JPH08205123A (ja) * 1995-01-31 1996-08-09 Toshiba Corp 通信制御装置およびその装置を使用した文字放送受信装置
JP4210717B2 (ja) * 2001-03-26 2009-01-21 独立行政法人科学技術振興機構 送信装置、受信装置、送信方法、受信方法、プログラム、ならびに、情報記録媒体
DE602004013301T2 (de) * 2004-07-15 2009-06-25 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) 'Denial-of-Service' Schutz
US8504037B2 (en) * 2008-08-13 2013-08-06 Korea Advanced Institute Of Science And Technology (Kaist) Handover method and apparatus based on history information in wireless networks
WO2014125639A1 (ja) * 2013-02-18 2014-08-21 三菱電機株式会社 制御プログラム管理装置及びコントローラ装置及び制御システム
US20200278839A1 (en) * 2019-03-01 2020-09-03 Goke Taiwan Research Laboratory Ltd. True Random Number Generator of a Field Programmable Gate Array

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104285486A (zh) * 2012-05-04 2015-01-14 高通股份有限公司 用于测量干扰和传达信息的方法和装置
CN106502627A (zh) * 2016-10-12 2017-03-15 黑龙江省电工仪器仪表工程技术研究中心有限公司 一种伪随机数种子生成方法
CN110286878A (zh) * 2019-06-25 2019-09-27 电子科技大学 Mcu随机间隔转换电桥电压的真随机数产生器及产生方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112328207A (zh) 2021-02-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112560771B (zh) 一种带宽特征曲线的拟合系统、方法和装置
CN111106783B (zh) 一种信号制作方法、信号制作装置、振动马达及触屏设备
US20140100822A1 (en) Multi-signal covariance and correlation processing on a test and measurement instrument
CN112328207B (zh) 一种基于单片机随机源工作参数的真随机数产生器及产生方法
AU2003250945A1 (en) Arrangement and method for the generation of a complex spectral representation of a time-discrete signal
CN116861221A (zh) 一种欠定工作模态参数识别方法、装置、设备及介质
CN110222402B (zh) 电气设计系统和方法
Harrison et al. Experimental validation of a chaotic jerk circuit based true random number generator
CN113834645B (zh) 基于lod-ica的旋转机械故障诊断方法
CN113702676B (zh) 一种基于cml接口的宽带任意波形发生装置及方法
CN110553723B (zh) 振动信号处理系统及处理方法
CN1015673B (zh) 双频道多参数频谱激电观测系统
CN107449966A (zh) 多功能频谱分析仪
CN106021183A (zh) 一种结合混合基fft的相关辨识处理系统及其方法
WO2001071970A3 (en) Methods and systems for efficient chained certification
CN113517003A (zh) 一种飞行训练器环境仿真模拟系统及其方法
CN114553146B (zh) 一种噪声生成方法及电路
CN110059447A (zh) 一种重型拖拉机前托架可靠性分析方法
CN112968742B (zh) 一种宽带信道模拟装置及方法
JPS5958922A (ja) 自動利得制御方式
CN118377777B (zh) 一种获取炼钢过程中工序数据的方法及系统
LU502911B1 (en) Waveform dynamic load design method for simulating high-speed railway operation characteristic conditions
JP4209266B2 (ja) リアルタイムシミュレーション装置およびリアルタイムシミュレーション方法
CN104205644A (zh) 用以改善模拟到数字转换器输出的系统、装置及方法
CN110795070B (zh) 虚拟关口表平台及构建方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Shi Leyi

Inventor after: Ren Jiahao

Inventor after: Zhao Dongdong

Inventor after: Wang Lin

Inventor after: Ge Haowei

Inventor before: Zhao Dongdong

Inventor before: Shi Leyi

CB03 Change of inventor or designer information