CN116431100A - 一种基于魔方的随机数生成装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于魔方的随机数生成装置及方法，属于随机数产生技术领域。本发明随机数生成装置包括魔方，所述魔方具有多个单位块，多个所述单位块赋有不同的数值；初始化模块，用于确定魔方中随机数产生的初始位置；规则发生器，用于生成随机数的产生规则；以及随机数生成模块，用于根据随机数产生的初始位置，以及产生规则，生成随机数并输出。本发明公开的随机数生成装置及方法，可有效提高随机数的质量及输出速率。

Description

一种基于魔方的随机数生成装置及方法

技术领域

本发明涉及随机数生成技术领域，更具体的说是涉及一种基于魔方的随机数生成方法及装置。

背景技术

随着互联网应用的不断发展，安全技术逐渐深入到信息领域的各个方面，而密码学作为安全技术的核心异常重要。在密码学中，随机数为不可或缺的组成部分，保密通信运用的大量会话密钥的生成都需要真随机数的参与。如果一个随机数生成算法是有缺陷的，那么会话密钥可以直接被推算出来。若果真发生这种事故，那么任何加密算法都失去了意义。

目前，真随机数主要依靠硬件芯片或软件生成，如SM3和SM4密码算法；

但是，硬件芯片大多产生但bit数据，然后进行拼接得到所需随机数，从而制约了随机数的产生速度；而软件算法，一般需要对密码算法非常了解，对操作使用人员提出了较高的要求，不适于广泛推广。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于魔方的随机数生成装置及方法，目的在于提高随机数质量及输出速率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，本发明公开了一种基于魔方的随机数生成装置，包括，

魔方，所述魔方具有多个单位块，多个所述单位块赋有不同的数值；

初始化模块，用于确定魔方中随机数产生的初始位置；

规则发生器，用于生成随机数的产生规则；

随机数生成模块，用于根据随机数产生的初始位置，以及产生规则，生成随机数并输出。

作为优选，还包括魔方自检模块，用于监测并保证所述魔方中各单位块具有不同的数值,以避免产生重复的随机数；

作为优选，还包括魔方更新模块，用于定时/按需更新所述魔方中各单位矩阵中的数值，以进一步提高生成的随机数的质量。

作为优选，所述规则的格式为单位块编号，所需随机数的长度，以及多个随机数产生方向；所述随机数产生方向的个数由所需随机数的长度确定。

作为优选，所述魔方具有多个，多个不同的魔方共用相同的初始化模块、规则发生器和/或随机数生成模块。

另一方面，本发明还公开了一种基于魔方的随机数生成方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、为魔方中所有单位块赋值；

S2、确定魔方中随机数产生的初始单位块，以及产生规则；

S3、根据所述初始单位块以及所述产生规则，生成随机数。

作为优选，所有所述单位块上赋有不同的数值，当数值重复时，进行更新。

作为优选，对所述单位块的赋值定时更新，以保证生成的随机数的质量。

经由上述的技术方案可知，本发明公开提供了一种基于魔方的随机数生成装置及方法，与现有技术相比，本发明原理简单，操作易行，无需对使用人员有过高的要求，同时通过为魔方的各单元块赋予不同的数值，并定时或按需进行更新，可从随机数生成的根本上提高随机数的质量；

此外，通过随机定位随机数初始位置以及产生规则，进一步提高了随机数的随机性，且本发明最终生成的随机数为一字节的数值，较现有技术中以bit为单位产生随机数的方法，显著提高了随机数的生成速率。

总体而言，本发明能够高质量且快速的产生并输出随机数，从而满足日益增长的随机数需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明基于魔方的随机数生成装置结构示意图；

图2为本发明随机数产生方向示意图；

图3为本发明基于魔方的随机数生成方法流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本发明实施例公开了一种基于魔方的随机数生成装置及方法，以满足日益增长的随机数需求，

具体的，该装置包括，

魔方，所述魔方具有多个单位块，多个所述单位块赋有不同的数值；

初始化模块，用于确定随机数产生的初始位置；

规则发生器，用于生成随机数的产生规则；

随机数生成模块，用于根据随机数产生的初始位置，以及产生规则，生成随机数并输出。

本实施例中，上述魔方具有m个位面，每个所述位面设置n个单位矩阵，所述单位矩阵赋有不同的数值，其中m、n为大于等于1的整数；需要说明的是，上述各位面设置为包括n个单位矩阵，只是为了辅助说明魔方的结构，并不能视为是对各位面上单位矩阵数量一致性的限定。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面以最常见的六位面魔方对本发明作进一步详细的说明。

第一步，本发明中，魔方可具有6个位面，且各位面为16*16单位的矩阵空间，上述6个位面构成一个立方体。进一步，随机产生0x00~0xFF之间的随机数，并分别赋予各位面中的16*16个单位块。

本发明中随机数产生装置还包括魔方自检模块，用于监测并保证所述魔方中各单位块具有不重复的数值。当监测到有重复数值出现时，进行更新，重新赋值。

经过本发明中魔方自检模块，可使魔方各位面单位矩阵中的随机数不重复，即256个单位块随机放置0x00~0xFF的随机数。

进一步，为便于更新，本申请随机数产生装置中还设有魔方更新模块，用于定时/按需更新所述魔方中各单位矩阵中的数值。包括，

当个单位块赋值出现重复时，进行更新；

设置固定的时间，或时间间隔进行更新，以提高随机数的生成质量；

按照使用需求进行更新。

第二步，利用初始化模块，确定随机数产生的初始位置；如图1所示，

本实施例中，初始化模块可随机选择魔方中任一单位块作随机数产生的初始位置；或

使初始化模块外接随机输入因子以及外部系统熵源或者熵池等，从而将随机输入的因子以及外部系统熵源或者熵池数据转换为位面和单位矩阵位置，具体转换方法可参照如下过程：

继续使用上述魔方为例，若魔方包括6个位面，且每个位面具有256个单位块，则该魔方整体具有1536个单位块，分别对各单位块按转序进行编号。

此时若外接随机输入因子为A，外部系统熵源或熵池数据为B时，则对应的矩阵块的位置为：A*B%1536+1，其中%表示对A、B的乘积与1536求余，通过该种方法，可将处于任何范围的数值A和B转换至魔方中对应的单位块中。

上述举例仅是为了说明外部数据的转换过程，而不能视为外部因子和外部系统熵源或者熵池同时具备的限制。本实施例中，初始化模块可单独外接外部因子，或单独外接外部系统熵源或者熵池，或同时接入以上两种外部数据。

该种方法可减少初始化模块产生相同初始位置的概率，提高随机数的质量。

第三步，根据规则发生器，生成随机数的产生规则，其中规则的格式如下：

单位块编号，待获取的随机数长度n，方向1，......，方向（n-1）

本申请中，确定初始单位块编号后，根据带获取的随机数长度n,得到产生方向的确定次数。即当需要16字节随机数时，由于第一字节已经选中，则随机数的产生方向需重新确定15次。

本实施例中，将产生方向预设为上、下、左、右、右上、左上、右下、左下8个轨迹，如图2所示，并分别采用1-8进行标识，具体对应关系如下：

上 对应 1

下 对应 2

左 对应 3

右 对应 4

右上 对应 5

左上 对应 6

右下 对应 7

左下 对应 8

当然，在实际应用中，可使不同的方向对应不同的数值。

此外，本发明中规则发生器可随机选择一方向作为随机数的产生方向，亦可根据外部接入因子、或外部系统熵源（熵池）、或者以上两种外部数据确定随机数产生方向；

若外部接入因子为A，则确定的随机数产生方向为%8+1。

另一种实施例中，本发明简化后的方案包括，使规则发生器，只生成一个随机数产生方向，进一步按照该方向生成一系列随机数，输出后，根据需要选取所需随机数的数量；或

根据所需随机数的数量，结合确定的随机数产生方向，直接输出所需的随机数。

第四步，通过随机数生成模块，根据随机数产生的初始位置，以及产生规则，生成随机数并输出。

需要说明的是，本发明可根据随机数产生方向跨位面生成随机数，当选中第一位面的第一排第一列的单位矩阵，采用左转时，则获取到的随机数为另一个位面单位矩阵中的数值。

为了进一步优化上述技术方案，本发明中预置双/多个随机魔方作为随机数源，采用相同的初始位置以及相同的规则生成随机数；

即本发明中魔方同时设置两个或多个，由于对魔方中单位块进行赋值的过程是随机的，因此，不同魔方相同位置上的单位块也具有不同的数值。

进一步，多个不同的魔方共用相同的初始化模块、规则发生器和/或随机数生成模块。此时，虽然多个魔方的初始化过程相同，但由于多个魔方不同单位块中数据为随机分布，因此产生的随机数也并不相同。

需要说明的是，本发明中初始化模块，规则发生器，以及随机数生成模块可集成为独立于魔方的单独结构，当仅设置一个魔方时，可将该单独结构置于魔方内部；当设置多个魔方时，可利用该单独结构同时驱动所述多个魔方。

对于多个魔方产生的随机数，可采用穿插输出，或顺序拼接输出，或者采用其他的输出方法，对此，本发明不做限定。

实施例二

本发明进一步公开了一种基于魔方的随机数生成方法，如图3所示，包括如下步骤：

S1、为魔方中所有单位块赋值；

S2、确定随机数产生的初始单位块，以及产生规则；

S3、根据所述初始单位块以及所述产生规则，生成随机数。

其中，所有单位块上赋有不同的数值，当数值重复时，进行更新；同时对所述单位块的赋值定时更新，以保证生成的随机数的质量。

本发明公开的随机数生成装置及方法，可用于生成密钥、密钥对等。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种基于魔方的随机数生成装置，其特征在于，包括，

魔方，所述魔方具有多个单位块，多个所述单位块赋有不同的数值；

初始化模块，用于确定所述魔方中随机数产生的初始位置；

规则发生器，用于生成随机数的产生规则；

随机数生成模块，用于根据随机数产生的初始位置，以及产生规则，生成随机数并输出。

2.根据权利要求1所述的一种基于魔方的随机数生成装置，其特征在于，还包括魔方自检模块，用于监测并保证所述魔方中各单位块具有不同的数值。

3.根据权利要求2所述的一种基于魔方的随机数生成装置，其特征在于，还包括魔方更新模块，用于定时/按需更新所述魔方中各单位块中的数值。

4.根据权利要求1所述的一种基于魔方的随机数生成装置，其特征在于，所述产生规则的格式为单位块编号，所需随机数的长度，以及多个随机数产生方向；所述随机数产生方向的个数由所需随机数的长度确定。

5.根据权利要求1所述的一种基于魔方的随机数生成装置，其特征在于，所述魔方具有多个，多个不同的魔方共用相同的初始化模块、规则发生器和/或随机数生成模块。

6.一种基于魔方的随机数生成方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、为魔方中所有单位块赋值；

S2、确定魔方中随机数产生的初始单位块，以及产生规则；

S3、根据所述初始单位块以及所述产生规则，生成随机数。

7.根据权利要求6所述的一种基于魔方的随机数生成方法，其特征在于，所有所述单位块上赋有不同的数值，当数值重复时，进行更新。

8.根据权利要求6所述的一种基于魔方的随机数生成方法，其特征在于，对所述单位块的赋值定时更新，以保证生成的随机数的质量。

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