DE10358392A1

DE10358392A1 - Zufallszahlengenerator mit siedenden Flüssigkeiten

Info

Publication number: DE10358392A1
Application number: DE2003158392
Authority: DE
Inventors: Michael Epping
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-12-13
Filing date: 2003-12-13
Publication date: 2005-07-07

Abstract

Aufbau zum Erzeugen synthetischer Zufallszahlen mit Hilfe eines Computers, dadurch gekennzeichnet, dass diese Zahlen aus der zufälligen Blasenbildung in einer siedenden Flüssigkeit ermittelt werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aufbau entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches I.
Es ist bekannt, mit zufälligen physikalischen Prozessen oder Ereignissen (so genannte Zufallsexperimente) synthetische Zufallszahlen zu generieren, die z.B. in der Kryptographie eine wichtige Rolle spielen.
Zufällige physikalische Prozesse, die zum Generieren von Zufallszahlen verwendet werden, sind zum Beispiel die chaotischen Fluktationen in Flüssigkristallen (Physik Journal, 2002, Heft Nr. 11, Seite 16) oder der radioaktive Zerfall.
Damit ein Zufallszahlengenerator höheren Nutzen bringt, sollte er möglichst schnell viele Zahlen erzeugen.
Zurzeit übliche Verfahren, wie zum Beispiel die Messung der Zeitspanne zwischen zwei Emissionen eines radioaktiven Atoms, sind sehr aufwändig und kosten dementsprechend viel Geld. Die Apparaturen sind kompliziert und können deshalb nur von Fachleuten verwendet werden. Außerdem benötigen die aktuellen Methoden zum Erzeugen dieser Zufallszahlen viel Zeit
Aufgabe der Erfindung ist es, auf einfache Weise und in kurzer Generierungsdauer synthetische Zufallszahlen zu erzeugen, ohne dass der Benutzer spezielle Kenntnisse benötigt.
Diese Aufgabe wird durch einen Aufbau mit den Merkmalen des Anspruches I gelöst.
Die Blasenbildung in siedenden Flüssigkeiten ist ein zufälliger physikalischer Prozess, der eine schnelle Veränderung der Flüssigkeit und damit Potenzial zum schnellen Generieren der Zufallszahlen aufweist. Man kann aus dieser Veränderung in kurzer Zeit viele Zufallszahlen erzeugen.
Eine Flüssigkeit bis zum Siedepunkt zu erhitzen ist mit wenigen Kosten verbunden. In den meisten Haushalten oder Firmen besteht bereits die Möglichkeit, Flüssigkeiten (zum Beispiel Wasser) zum Sieden zu bringen.
Der Vorgang benötigt keine besonderen Kenntnisse und lässt sich daher auch von Nichtfachleuten durchführen. Es ist damit auch für Privatpersonen möglich Zufallszahlen, zum Beispiel für On-Time-Pad-Verschlüsselungen zu erzeugen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind auf den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben:
Es zeigen
1: eine perspektivische Ansicht des Aufbaus,
2: eine Seitenansicht des Aufbaus; und
3: eine Schaltskizze des Aufbaus.
Zufallszahlen können beispielsweise auf folgende Weise aus der Blasenbildung in siedenden Flüssigkeiten generiert werden:
Die Flüssigkeit (2) befindet sich in einem hitzebeständigem Becherglas, direkt über der Kochplatte (3). Die Kochplatte (3) erhitzt die Flüssigkeit (2), bis diese schließlich siedet. Bei diesem Vorgang bilden sich viele unterschiedlich große Dampfblasen. Vor dem Becherglas, das die Flüssigkeit (2) enthält, befindet sich die Lichtquelle (1). Die Lampe (1) ist so ausgerichtet, dass sie das Licht durch die Flüssigkeit (2) hindurch auf den Fototransistor (4) wirft. Der Fototransistor (4) ist so ausgerichtet, dass die Basis senkrecht zu den aufprallenden Photonen steht.
Steigt die Temperatur der Flüssigkeit (2) bewegen sich die Moleküle in der Flüssigkeit (2) schneller. Wenn sie heftig aufeinander prallen, bilden sich kleine Dampfblasen. Diese Blasen können Wachsen, oder auch wieder zu Flüssigkeit (2) kollabieren. Aufgrund der kleinen Größe der Moleküle spielen Quanteneffekte eine wichtige Rolle. Ein Molekül befindet sich nur mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit an einem Ort. Deshalb ist es zufällig, ob sich eine Dampfblase in der siedenden Flüssigkeit (2) bildet und ob sie wächst.
Die Position und Größe der Dampfblasen in der Flüssigkeit (2) ist zufällig, weil ihre Bildung zufällig ist.
Sie brechen und reflektieren Teile des von der Lichtquelle (1) ausgestrahlten Lichtkegels ebenso zufällig, wodurch die Zahl der Photonen schwankt, die den Fototransistor (4) erreichen.
Bekannter Weise verringert sich der Widerstand eines Fototransistors, wenn mehr Photonen auf die Basis prallen, umgekehrt steigt der Widerstand erreichen weniger Photonen die Basis des Fototransistors. Der Widerstand des Fototransistors (4) verändert sich also, wenn sich Dampfblasen bilden. Ein Computer (5) misst ständig den Widerstand des Transistors (4).
In diesem speziellen Aufbau verbindet ein einfaches Kabel Kollektor und Emitter des Fototransistors (4) mit den zwei Kontakten (Klinke) der Mikrofonbuchse des Computers (5). Eine spezielle Software führt eine Aufnahme durch, behandelt die gemessenen Widerstände des Fototransistors (4) jedoch nicht als Geräusche oder Töne. Stattdessen werden die Werte in das, vom Benutzer ausgewählte, Format (zum Beispiel Ganzzahlen zwischen 1 und 100) konvertiert.
Außer des oben beschriebenen optischen Zufallszahlengenerators ist auch eine akustische Ausführung denkbar. Erreichen die Dampfblasen die Oberfläche der Flüssigkeit entstehen Geräusche. Je größer die Dampfblase, desto lauter das Geräusch. Das Geräusch resultiert aus der zufälligen Blasenbildung, es lassen sich also synthetische Zufallszahlen daraus generieren.
In dieser nicht dargestellten Ausführung ist ein Mikrofon aus kurzer Entfernung auf die Flüssigkeit gerichtet, die zum Sieden gebracht wird. Das Mikrofon ist, wie der Fototransistor in der oben beschriebenen Ausführung, mit der entsprechenden Buchse des Computers verbunden. Die Software ist in beiden Ausführungen identisch.
Sicherlich lassen sich auch Zufallszahlen aus siedenden Flüssigkeiten generieren, ohne einen Computer zu verwenden (Zum Beispiel ein Messgerät, das ständig den Widerstand des Fototransistors auf Papier druckt), aber die meisten synthetischen Zufallszahlen werden auf einem Computer benötigt.

Claims

Aufbau zum Erzeugen synthetischer Zufallszahlen mit Hilfe eines Computers, dadurch gekennzeichnet, dass diese Zahlen aus der zufälligen Blasenbildung in einer siedenden Flüssigkeit ermittelt werden.
Aufbau nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Brechung und/oder Reflektierung des von Lichtquelle (1) ausgesandten Lichts an den in der Flüssigkeit (2) entstandenen Dampfblasen mittels eines Fototransistors (4) ausgewertet wird.
Aufbau nach Anspruch I oder II, dadurch gekennzeichnet, dass die Blasenbildung in der Flüssigkeit (2) anhand der damit verbundenen Geräuschentwicklung ausgewertet wird.
Aufbau nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fototransistor (4) und/oder das Mikrofon an eine Mikrofonbuchse des Computers (5) angeschlossen ist, um eine Aufnahme durchzuführen und daraus die Zufallszahlen zu erzeugen.
Aufbau nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung den Dampf, der beim Sieden der Flüssigkeit aufsteigt, auffängt.