EA027870B1

EA027870B1 - Способ генерации истинно случайных чисел на основе выделенных шумов в цифровых изображениях

Info

Publication number: EA027870B1
Application number: EA201391828A
Authority: EA
Inventors: Жозеф Жерар Мюис; Мария Лиза Лавуа
Original assignee: Жозеф Жерар Мюис; Мария Лиза Лавуа
Priority date: 2011-07-07
Filing date: 2012-07-06
Publication date: 2017-09-29
Also published as: WO2013003943A1; KR20140049523A; EP2729869A4; MX337300B; CN103635874A; BR112014000299A2; AU2012278880A1; EA201391828A1; JP2014521132A; CN107193531A; CA2839152A1; AU2012278880B2; CA2839152C; US20130010952A1; JP6106166B2; MX2013014557A; EP2729869A1; US8379848B2

Abstract

Способ выполнения портативного генератора истинно случайных чисел, основанный на микроструктуре и шумах, которые находятся в цифровых изображениях. При использовании низших значащих бит оцифрованных изображений производится извлечение строк двоичной информации. Эти исходные ряды должны пройти тесты по протоколам DIEHARD, NIST и ENT на предмет их случайности для надежного выбора естественных изображений. Такая информация является доступной и может быть подвергнута обработке с помощью технологического оборудования, которое находится в продаже, т.е. смартфонов или других встроенных приборов без необоснованных ограничений в плане физических параметров и влияния окружающей среды. Этот значительно улучшенный способ представляет новое слово в технологии портативных средств для генерации истинно случайных чисел для всех систем безопасности, для криптографии и для приложений, служащих изучению паранормальных явлений.

Description

Настоящее описание относится в целом к портативному генератору истинно случайных чисел. Более конкретно настоящее описание относится к способу выполнения портативного генератора истинно случайных чисел, который основан на микроструктуре и шумах, найденных в цифровых изображениях.

Предпосылки создания изобретения

Настоящее изобретение относится к обеспечению работы внешнего интерфейса, а также портативного генератора истинно случайных чисел, основанных на физическом источнике. Цифровые изображения общей классификации проходят технологическую обработку с минимальной последующей доработкой и с прохождением набора статистических тестов по протоколам ΌΙΕΗΑΚΌ, ΝΙ8Τ и ΕΝΤ.

В истории человечества значительные усилия прилагались в области генерирования случайных чисел или их производных. Перетасовка карт, подбрасывание монет, вытягивание соломинок различной длины, перемешивание предметов в барабане, волчки и другие средства использовались людьми для того, чтобы уйти от ошибок в процессе принятия решений. Более современные подходы в генерировании случайных чисел можно классифицировать по способам их осуществления.

Детерминистическое генерирование псевдослучайных чисел часто использовалось как результат постоянно увеличивающихся возможностей и мощности компьютеров, а также калькуляторов. Были разработаны физические генераторы случайных чисел с использованием эффектов квантовых шумов, исходящих от источников радиоактивного распада, электронного шума, теплового шума резисторов, лавинного шума от диодов с обратным смещением перехода, а также с эффектом прерывания состояния высокоскоростных генераторов колебаний с помощью внешних событий.

Существует два взаимосвязанных фактора, которые имеют первостепенное значение при генерировании случайных последовательностей. Во-первых, не должно быть помех в частоте, периодичности и местоположении. Во-вторых, последовательность не должна быть предсказуемой и ее следует рассматривать как непроницаемую для раскрытия. Первый фактор относится в первую очередь к использованию случайных чисел в процессах моделирования, в экспериментальных работах и в назначаемых приложениях. Второй фактор относительно сопротивления в раскрытии очень важен во всех криптографических приложениях и в системах безопасности.

Основными проблемами в генераторах псевдослучайных чисел являются необходимость зарождения процесса случайным образом, ограниченный период цикла перед повторением, а также качество последовательностей. Как представляется, хорошие физические системы являются более надежными, чем псевдослучайные, или те, которые основаны на математических операциях. Основной проблемой для физических систем чаще всего является их сложность и отсутствие компактности. Применяются иногда и смешанные системы в тех случаях, когда физический источник генерирует начальное число конечной длины для генератора псевдослучайных чисел, что увеличивает скорость генерирования случайных чисел.

Одним из физических источников случайных шумов являются оцифрованные изображения, выбранные хаотическим образом, такие как цифровые или видео-изображения из сцен, на которых показан непрерывный поток, реализованный, например, в лавовой лампе. Способ ЬауаКаиб был представлен в качестве патента США № 5732138 на имена Нолль (ΝοΙΙ), Менде (Мейбе) и Сисодиа (δίδοάίνα). который был зарегистрирован 28 марта 1998 г. Этот способ является достаточно медленным и громоздким в исполнении и используется преимущественно для инициирования генератора псевдослучайных чисел. Модификация этой системы под названием ЬауаКиб, выполненная Нолль (ΝοΙΙ) и Купер (Соорег), имеет лучшие показатели по скорости по сравнению с системой ЬауаКаиб, что достигается путем использования оцифрованного изображения из веб-камеры. Однако ее реализация зависит в огромной степени от ситуативных условий, таких как полная темнота, стабильная температура наружного воздуха и от параметров усиления для подъема до максимума уровня шума.

Настоящее изобретение устраняет физические ограничения предыдущих систем путем обеспечения нескольких специальных условий окружающей среды. Это изобретение относится к наиболее надежным в части выбранных изображений. Кроме того, оно является мало поддающимся для раскрытия, а устройства, которые реализуются в соответствии с данным изобретением, могут встраиваться в автономные приборы. Генератор истинный случайных чисел, выполненный в соответствии с данным изобретением, изолирует случайный шум, связанный с наименьшими значащими битами в цифровых изображениях. В рамках данного изобретения могут использоваться такие общедоступные и находящиеся в продаже аппаратные средства как смартфоны, фотоаппараты, сканеры, однолинзовые фотопреобразователи и пр., которые являются исключительно компактными. Предпочтительной реализацией данного изобретения на практике является смартфон любого типа или же компьютерное устройство с доступом к оцифрованным изображениям. Пользователи данного изобретения будут иметь легкодоступный пул энтропии, определяемый самым пользователем.

В предпочтительном варианте реализации изобретения с использованием 8-битных образцов для

- 1 027870 каждого цвета рассматриваются только наименьшие значащие биты (ЬЗВ) одной или нескольких цветовых пушек во взвешенной или в невзвешенной функциях. В предыдущих установках, в которых применялись оцифрованные изображения, предполагалось, что общий выход не является случайным и требует существенных мер по корректировке. Частично трудности у предыдущих устройств, связанные с использованием всей информации в 8-битном или даже η-битном формате, были связаны с необходимостью генерировать случайные начальные числа для каждого пикселя изображения. В анализах случайных информационных изменений более высокие значения бит в хаотичных источниках не будут, скорее всего, меняться в последующих пространственных или временных образцах. Например, тройной 8-битный пиксель (24 бита, красный-зеленый-синий цвет), представленный первым, может быть внутренне связанным со вторым образцом. Взаимозависимость может даже иметь место в образце пикселя, который взят из реального мира. Большее количество зеленого цвета может означать меньшее количество красного и синего цветов или может иметь место любая другая комбинация. Опыты, которые проводились подателем данной заявки, показали, что объединение потока наименьших значащих бит, взятых независимо от каждой пушки, не отвечает требованиям генерации истинно случайных чисел.

Г-н Нильсен (Νίβίδβη) в патенте США № 5774549, зарегистрированном в 1998 г., рассматривал использование информации, содержащейся в наименьшем значащем бите цифрового видеоизображения для генерации случайных начальных чисел, принимая во внимание предыдущий технический опыт разработки аппаратных средств для генераторов, которые использовал г-н Вильбер (^йЬет) в патенте США № 6764364, но не рассматривавший и не анализировавший такой источник, как истинный генератор случайных чисел. Г-н Ланг (Ьапд) и др. (2009 г.) использовал наименьшие значащие биты из оцифрованных изображений для генерации случайных бит. Однако все эти способы требуют наличия исходного изображения, на которое распространяется запрещение на сжатие с потерями в веб-камере, что само по себе означает ограничения на использование новых технологий.

Новизной данного изобретения является извлечение микроструктурного шума и помех, которые присущи процессам оцифровки и квантованию изображений, для генерирования потока истинно случайных бит. В процессе в соответствии с данным изобретением могут использоваться исходные или же сжатые изображения с потерями, такие как те, которые выполнены в формате 1РЕС. Результаты исследований показывают, что в случае обработки достаточно микроструктурированных образцов изображений, таких как стена, акустический потолок, горная порода, океанские волны, поток бит, сгенерированный от состояния наименьшего значащего бита, представляет собой истинно случайную последовательность. Уровень генерации случайных бит значителен. Например, объем для 5-мегабайтной камеры, такой как ΙΡΗΟΝΕ 4 представлен пропорцией 0,25 к 1,00 емкости пикселя оцифрованного изображения, т.е. 1-5 мегабит на одно изображение, и это означает, что нет необходимости осуществлять последующую обработку, такую как инициирование начального сигнала для детерминистического псевдослучайного генератора сигналов. Соответственно, этот процесс устраняет трудности, связанные с использованием старых технологий путем сохранения наиболее важных качеств случайного шума, микроструктуры изображений и шумов квантования в наименьших значащих бит оцифрованного образца.

Описание изобретения

Основная идея изобретения заключается в концепции генератора истинно случайных сигналов, основанной на микроструктуре и шумах, которые имеются в цифровых изображениях.

Первый отличительный признак данного изобретения заключается в способе генерирования истинно случайных чисел, причем данный способ состоит из следующих шагов:

выбора пользователем исходного изображения и его категории из тех, которые встречаются в жизни; оцифровки исходного изображения с помощью кодера для получения оцифрованного изображения; извлечение наименьшего значащего бита из каждого пикселя оцифрованного изображения; обработки наименьших значащих бит каждого пикселя для получения потока случайных бит; приведения в действие приложения с помощью нового полученного потока случайных бит, причем генерация истинно случайных чисел основана на микроструктуре изображений, на ошибках при оцифровке и квантовании, найденных в наименьших значащих битах пикселей.

Второй отличительный признак способа генерации истинно случайных чисел заключается в том, что первоначальное изображение может быть статическим или же представлено динамическим видеофильмом.

Еще один отличительный признак способа генерации истинно случайных чисел заключается в выборе категорий надежных изображений, основанных на критериях тестов по протоколам ΌΙΕΗΑΚΌ, ΝΙδΤ и ΕΝΤ.

Еще один отличительный признак способа генерации истинно случайных чисел заключается, кроме того, в том, что он обеспечивает возможности работы с такими категориями натурных исходных изображений, в которых имеются однородно выкрашенные стены, акустические потолки, ковровые покрытия, брусчатка, архитектурные элементы в виде гранитных колонн, древние развалины и океанские волны.

Еще одна отличительная особенность способа генерации истинно случайных чисел заключается в применении критерия обработки изображений для обеспечения соответствия выбранных изображений.

Еще одним отличительным признаком способа генерации истинно случайных чисел является обес- 2 027870 печение цифровой коррекции общего потока бит.

И еще одним признаком способа генерации истинно случайных чисел является также применение алгоритма фон Нойманна (νοη №итапп) с целью достижения баланса потоков бит для частоты отсчетов.

Еще один отличительный признак способа генерации истинно случайных чисел состоит в том, что сам процесс генерации случайных чисел может находиться под воздействием самого пользователя путем его непосредственного вмешательства и наблюдения за процессом.

Еще один отличительный признак способа генерации истинно случайных чисел состоит в том, что этот процесс может быть использован для генерации случайных начальных чисел для генератора детерминистических псевдослучайных чисел.

Еще один отличительный признак способа генерации истинно случайных чисел состоит в том, что кодер осуществляет функцию по созданию изображения по типу микроструктур.

Отличительным признаком способа генерации истинно случайных чисел является также то, что кодером в данном случае может быть имеющийся в продаже портативный прибор по типу компьютера, а также соответствующее встроенное устройство или же автономный блок.

Еще один отличительный признак данного способа генерации истинно случайных чисел заключается в том, что случайный поток бит может служить в качестве привода для работы приложений, используемых для развлечений и разработки игр, причем пользователь в данном случае становится составной частью случайного процесса путем выбора источника изображения и категории изображения, а при этом также выбранные им действия становятся стимулом для повышения развлекательных качеств игр.

Еще одним отличительным признаком способа генерации истинно случайных чисел является то обстоятельство, что случайный поток бит включает привод передачи безопасной личной и коммерческой информации с использованием таких протоколов безопасности как ΜΌδ, δΗΑ-1 и δΗΑ-2, определенных Национальным институтом по стандартизации и технологии (ΝΙδΤ).

В качестве еще одного отличительного признака способа генерации истинно случайных чисел служит то обстоятельство, что в приложения по безопасности могут входить такие функции, которые осуществляют хеширование.

Еще одним отличительным признаком способа генерации истинно случайных чисел является то, что взвешенные функции информации по пикселям, простирающиеся от набора функций, по крайней мере, одной цветовой пушки до взвешенных функций яркости, могут быть вычислены с той целью, чтобы извлечь наименьшие значащие биты хотя бы одной цветовой пушки.

Еще одним отличительным признаком способа генерации истинно случайных числе является тот факт, что структура данных по изображению включает в себя возможность предоставления η-мерной структуры данных в форме куба, выборку х и у пикселей изображения в течение временного отрезка (ΐ).

Эти и другие преимущества данного изобретения будут далее ясны и оценены теми, кто знаком с этой областью знаний, со ссылкой на последующие письменные технические описания, на пункты формулы изобретения и прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

Изобретение далее описано на конкретном примере со ссылкой на прилагаемые чертежи, среди которых на фиг. 1 показана примерная блок-схема портативного генератора истинно случайных чисел, принцип работы которого основан на микроструктуре и шумах, находящихся в цифровых изображениях, причем блок-схема относится к прибору, реализованному по данному методу. На блок-схеме представлены требуемые этапы по реализации данного метода;

на фиг. 2 - блок-схема кодера цифрового изображения и типы изображений, представленные первоначально на фиг. 1. На данной схеме показаны различные возможности способа, которые могут быть использованы на практике;

на фиг. 3 - фотографии изображений, которые протестированы с реализацией принципов данного изобретения с использованием протоколов ΌΙΕΗΑΚΌ, ΝΙδΤ и ΕΝΤ, которые первоначально представлены на фиг. 1. Характер фотографий указывает на некую неистощаемую разновидность изображений;

на фиг. 4 - дополнительные фотографии изображений, протестированные с реализацией принципов данного изобретения с использованием протоколов ΌΙΕΗΑΚΌ, ΝΙδΤ и ΕΝΤ, которые первоначально представлены на фиг. 1. Характер фотографий указывает на некую неистощаемую разновидность изображений;

на фиг. 5 - блок-схема извлекаемой двоичной информации в соответствии с содержанием фиг. 1. На диаграмме показано извлечение информации из наименьшего значащего бита пикселя;

на фиг. 6 - блок-схема обработки двоичного случайного потока бит, который первоначально представлен на фиг. 1. Но блок-схеме представлены возможные коррекции искажений;

на фиг. 7 - целая серия фотографий, указывающих на многомерный массив необработанных изображений, связанный с их трансформацией;

на фиг. 8 - образец алгоритма, который может быть использован для увеличения характера случайности и непредсказуемости потока бит;

- 3 027870 на фиг. 9 - блок-схема, которая демонстрирует случайную последовательность, полученную с пространства изображения с дополнительными точками решения по поводу обработки, которые основываются на вмешательствах наблюдателя и дополнительных статистических критериях.

Одинаковые ссылочные позиции относятся к аналогичным частям на различных видах чертежей. Режимы реализации изобретения

Следующее ниже детальное описание представлено только в качестве примера для пояснения его природы и не служит для ограничения описанного варианта возможной реализации изобретения или приложений, а также применения описанной реализации изобретения. Используемое тут слово примерный или иллюстративный означает служащий в качестве образца, примера или иллюстрации. Любая реализация изобретения, описанная здесь как примерная или иллюстративная не должна обязательно толковаться как предпочтительная или выгодная по сравнению с другими вариантами реализации. Все реализации, описанные ниже, служат в качестве примера для того, чтобы позволить квалифицированным в данной области специалистам осуществить на практике или использовать воплощенное на практике описанное ниже изобретение и не служат ограничению масштаба описания изобретения, которое в свою очередь определяется формулой изобретения. С целью описания изобретения в данном документе термины верхний, нижний, левая, задняя, правая,передняя, вертикальная, горизонтальная и их производные должны относится к изобретению таким образом, как это изображено на фиг. 1. Кроме того, в описании отсутствует намерение накладывать какие-либо обязательства с помощью какой-либо выраженной или подразумеваемой теории, изложенной в предыдущей технической части работы, в кратком описании или же в последующем подробном описании изобретения. Также необходимо понимать то обстоятельство, что конкретные устройства и процессы, проиллюстрированные в прилагаемых чертежах и описанные в следующих ниже пояснениях технического характера, являются простыми вариантами реализации концепций изобретения, которые определяются прилагаемой формулой изобретения. Таким образом, конкретные размеры и другие физические характеристики, имеющие отношение к реализации изобретения и раскрытые здесь, не должны рассматриваться как ограничивающие рамки изобретения, если же формулой изобретения не установлено прямо иное толкование.

Общая блок-схема этапов заявляемого способа, которые необходимы для реализации портативного генератора истинно случайных чисел (ΤΚΝΟ), который основан на микроструктуре и шуме, обнаруживаемых в цифровых изображениях 100, представлена на фиг. 1. Портативный генератор истинно случайных чисел 100 сначала обеспечивает поступление потока необработанных изображений 120, которые взяты из сцен реальной жизни и выбраны самим пользователем. Выбранные изображения в качестве источника 120 могут быть статичными (неподвижными) или динамичными (как в кино), и процесс обработки является достаточно надежным по отношению к категориям выбранных изображений. Затем источники изображений 120 подвергаются оцифровке с целью создания цифровых изображений 130. Наименьшие значащие биты (Ь§В) каждого пикселя 140 оцифрованных изображений 130 в дальнейшем подергаются извлечению. Информация по каждому извлеченному наименьшему значащему биту каждого пикселя 140 подвергается обработке 150. Далее информация обработки 150 образует случайный поток бит 160. Наконец, поток случайных бит 160 используется для привода различных приложений 170. Детальное описание способа работы портативного генератора истинно случайных чисел, основанного на микроструктуре и шумах, находящихся в цифровых изображениях 100, следует далее.

В данном способе предполагается в качестве примера перевод кодером 200 всех изображений 120, служащих в качестве источника, в цифровые изображения 130. Потенциально возможные кодеры изображены на фиг. 2. Кодирующий прибор 200 используется для создания микроструктуры изображения 210. В состав возможного кодирующего прибора 200 могут входить айфон 230, смартфон 240, фотоаппарат 250, видео-камера 260, сканер 270 и входное устройство для пикселей 290¹ (приведенный здесь состав устройств не является своего рода ограничением).

Хотя возможно использовать несколько таких устройств, все-таки наиболее предпочтительным прибором в рамках данного изобретения был бы портативный вариант его конструкции, такой как многофункциональный смартфон 240 с фотоаппаратом и с возможностью выхода в Интернет. Однако сюда не входят устройства по общим вычислениям и другие встроенные приборы. В качестве предпочтительного варианта входной информации следует рассматривать статичное изображение, но это не исключает также работу с видеофрагментами, которые могут поступать из видеокамеры 260. Для получения больших массивов случайных чисел предпочтительным выбором было бы наличие предварительно установленной фототеки 280 с непоследовательными и независимыми фотографиями.

Фотографии-образцы исходных изображений и типы предлагаемых микроструктур 210, требуемые для достижения истинно случайного потока бит 160, изображены на фиг. 3-4. Был выбран и протестирован широкий набор изображений микроструктур. Выбор источника изображений не основывается на сложных математических алгоритмах или на сомнительных настройках и рассмотрении каких-либо параметров окружающей среды. Цифровые фотографии в рамках настоящего изобретения были сделаны или при полном солнечном освещении и при неконтролируемом освещении внутри помещения, или в условиях затенения без всякой предвзятости. Цель настоящего изобретения состоит в обеспечении пользователя источником изображений 120, которые имеют в своем составе элементы бытовой среды, такие

- 4 027870 как однородно покрашенные стены 410, акустический потолок 420 и ковровые покрытия 430. Другие естественные структуры, такие как камни брусчатки 370, 380 и 390, архитектурные элементы в виде гранитных колонн 440, 450, 460, 470, 480 и 490, древние развалины 315, 320, 325, 330, 340 и 350, а также океанские волны 300, 305 и 310 являются в данном случае подходящим выбором. Таким образом, база данных исходных изображений охватывает как бы различные физические настройки.

Примерный шаг в рамках данного способа, описывающий процесс работы после того, как изображение выбрано, представлен на фиг. 5. После того как изображение было выбрано, взвешенные функции пиксельных данных, а именно Красный/xxxxxxx1 560, Зеленый/xxxxxxx1 550 и/или Синий/xxxxxxx1 540, начиная от выбора одной или более цветовых пушек Красной 510, Зеленой 520 и/или Синей 530, и кончая функциями яркости 570 или какими-либо другими, могут быть подвергнуты вычислению. Следуя этой мысли, наименьшие значащие биты взвешенных пикселей Красного/xxxxxxx1 560, Зеленого/xxxxxxx1 550 и/или Синего/xxxxxxx1 540, извлекаются и передаются в поток бит 160. В данной предпочтительной реализации изобретения с использованием 8-битных образцов для каждого цвета рассматриваются только наименьшие значащие биты (Ь§В) одной или нескольких цветовых пушек во взвешенных или невзвешенных функциях. Анализ показал, что этот поток бит отвечает критериям протоколов ΌΙΕΗΑΚΌ, ΝΙδΤ и ΕΝΤ для категорий и образцов изображений.

Некоторые образцы выбранных цифровых изображений могут не соответствовать этим идеальным условиям. Простые внутрисистемные расчеты по свойствам элементарных изображений, такие как определение пороговых низших и высших пределов пиксельных величин, или же определение первых моментов математического ожидания, дисперсии, ассиметрии и произвольно задаваемых высших моментов пиксельных данных как функции цветовых пушек, могут классифицировать изображение как приемлемое или нет, для последующей обработки. Взвешивание каждой пушки в соответствии, скажем, с функцией яркости (.030) Красного 560, (.59) Зеленого 550 и (.11) Синего 540 цветов в рамках восприятия человеком снижает экстремальные значения для выбранных цветовых пушек. Анализ показал, что такая трансформация удовлетворяет статистическим требованиям протоколов ΌΙΕΗΑΚΌ, ΝΙδΤ и ΕΝΤ для генератора истинно случайных чисел по очень широким категориям изображений, которые легко доступны для пользователя.

Изображения могут быть протестированы с целью выяснения их приемлемости, особенно в тех случаях, когда их исключительно яркие и тусклые образцы могут привести к необъективности случайных последовательностей. Логические функции, такие как ΧΟΚίηρ. наименьшие значащие биты (Ь§В) цветовых пушек могут также привести к условиям возникновения экстремальных погрешностей в потоке бит 160. К примеру, насыщение Красной (Κ), Зеленой (С) и Синей (В) пушек очень яркими картинками или сегментами очень яркого изображения ведет к модальным величинам, которые связаны с максимальным цифровым изображением величин. Другими словами, большинство 8-битных величин могли бы иметь значение, к примеру, 255. Большинство наименьших значащих величин (ЬСВ) имели бы значение равное 1. Те же аргументы справедливы для значений модальных пикселей для очень тусклых изображений близких к нулю, где большинство наименьших значащих величин имели бы значение ноль. Элементарные параметры изображения, такие как пороговые значения минимального и максимального диапазона, математическое ожидание и дисперсность пикселя как функция цвета или взвешенных цветных пикселей, могут быть легко вычислены внутрисистемно для увеличения уверенности в части случайности изображения. Параметры фотоаппарата могут быть настроены динамическим образом для сбора данных о соответствующих качествах яркости, функций рассеивания и контрастности. Соответствующий предупреждающий сигнал может быть передан пользователю (на прибор или наблюдателю).

Поток бит 160 или его часть могут быть предметом поточного статистического анализа для обеспечения качества энтропии. Примерная блок-схема 600 шагов по обработке этих потенциально неидеальных изображений с помощью статистического тестирования 610 и корректирующих алгоритмов 620 показана на фиг. 6. Следовательно, поток исходных бит 160 сперва тестируется статистическим образом на предмет отступления от идеала 610. Простые тесты, такие как С1и-5с|иагс (х2) и на короткую последовательность типа ΝΙδΤ являются примерами тех многих тестов на предмет частотных и сериальных критериев, которые могут быть использованы эффективно в режиме реального времени без ненужного замедления процесса обработки для обеспечения хорошего качества случайного потока. Если же первые статистические тесты 610 покажут значительные отклонения от идеала, то традиционные средства коррекции, такие как алгоритм фон Нойманна (νοη №итаии) 620, показанный в нижележащей таблице, могут быть применены на практике. После обработки поток бит подвергается вторичной статистической обработке 630.

Если и после этого наблюдается отклонение в потоке бит от идеала 160, то данные отвергаются и при этом будет послан быстрый сигнал о том, что эти данные не могут быть использованы в приложении. Если отклонений от идеала не наблюдается после второго статистического теста 630, то исправленные данные о потоке бит могут быть использованы для приложений 170.

Если же статистические тесты об отклонении данных от идеала 610 показывают отсутствие существенных отклонений, то тогда исходный поток бит 160 может быть автоматически использован в приложениях 170.

- 5 027870

Таблица истинности фон Нойманна

Вход 1	Вход 2	Выход
0	0	Ни один
0	1	0
1	0	1
1	1	Ни один

Важной отличительной особенностью является тот факт, что поток образцов изображений 160 не должен быть обязательно последовательно линейным. Примерные фотографии изображений 700, 710, которые не обязательно обеспечивают последовательно линейные потоки бит, изображены на фиг. 7. Поток пикселей, представленный здесь, считан с изображения, которое отвечает больше тексту из книги, причем каждая новая линия расположена слева-направо, что облегчает описание алгоритма. Однако структура данных имеет по меньшей мере двухмерное расширение, т.е. имеются координаты х и у, как это изображено окружностью на последнем изображении фотографии 700. Другими словами, пиксели могут быть считаны в любом предопределенном порядке, например в обратном порядке чтения книги, в рамках задачи хода коня, в полярных координатах, даже в порядке случайных перетасовок, как это показано на фиг. 7 с последовательностями, определяемыми итеративно (с повторениями) с изображения или с другого источника. С целью уточнения увеличенная часть текстуры изображена в эллиптическом выделении 720 фиг. 7.

Кроме того, структура данных может рассматриваться как η-мерная, например, в виде куба или же в виде гиперкуба с образцами, извлеченными последовательно из η-мерного пространства. Простым образцом трехмерной структуры может быть заранее сохраненное видео-изображение с х-, у-пикселями образцов изображения, отображаемыми во времени (ΐ). Другим примером могут быть образцы х, у, ζ, и, где ζ будет относится к категориям изображений, а и будет указывать на образцы категорий. Рассудительный выбор процедур работы с многомерными образцами позволил бы повторное использование той же самой базы данных изображений без соответствующей потери энтропии и мог бы также увеличить сопротивление в части предсказуемости.

Примерный упрощенный пример невключаемого алгоритма выбора образцов 800 с целью увеличения сопротивления на предмет раскрытия изображен на фиг. 8. Принимаем во внимание, что здесь присутствует множество из 2η изображений, из которых каждый является образцом. Для удобства мы принимаем в расчет энергию 3-х из них, которые представляют множество из 8 изображений. Путем выбора произвольного изображения и координат пикселя в качестве стартовой точки, позволим следующим 2η (8) двоичным значениям наименьших значащих бит пикселей определить значения с 0-7, что определяет в свою очередь следующее изображение, подлежащее обработке. Мы определяем следующие 2(η2) биты в потоке, как длину пробега, которая связана с образцом случайного двоичного числа. Для удобства (η2) могут приобрести значение 8, которое представляет потенциально 256 значений (0-255). Следующие 256 доступных наименьших значащих бит обрабатываемых пикселей представляют эту часть случайного потока бит. Следующие три обрабатываемых пикселя определяют последующие изображения, подлежащие обработке.

Соответствующие указатели сохраняются для каждого изображения для предотвращения коллизий и для индикации исчерпывания данных. Этот алгоритм может быть применен для исходных данных по изображениям или для сжатых данных, упакованных в виде байтов, а также для предварительно обработанных данных по изображениям. Преимущество последних может быть в значительном сокращении объема хранения информации с коэффициентом 8 с минимальными дополнительными затратами на обработку, что может соответствовать условиям работы смартфонов и встроенных приборов с низкими скоростями обработки информации и с ограниченной памятью. Поэтому возможно применение многих алгоритмов, которые пересекают эффективно и без коллизий многомерное пространство.

Примеры осуществления предлагаемого изобретения

Представлены 3 примера опытных образцов предполагаемых приложений. Они представлены в виде неистощимых категорий. Лежащий здесь в основе всех приложений принцип заключается в легкодоступности, непредсказуемости местного источника энтропии для вычислительного устройства. Эта доступность открывает возможность для множества применений в области, относящейся к безопасности, к системам обмена информации по Интернету (Ρ8Ι), к приложениям развлекательного и игрового порядка.

Пример 1.

Настоящее изобретение, использующее жесткие параметры по умолчанию, может быть использовано в приложениях по безопасности, как связный генератор истинно случайных чисел. Для расширения его доступности традиционная послеоперационная обработка для генерации случайных начальных чисел, хеш-коды могут быть предпочтительными в реализации. Это изобретение относится также к приложениям в технологиях по кодированию и шифрованию потоков информации, которые связаны с передачей безопасной персональной и коммерческой информации, использующей такие протоколы безопасности как ΜΌ8, 8НА-1 и 8ΗΆ-2, определяемые Национальным институтом стандартов и технологии.

Пример 2.

Местная, определяемая пользователем энтропия, может быть использована для замены традицион- 6 027870 ного програмного обеспечения псевдослучайных генераторов в области развлечений и игр. В большинстве существующих игровых технологий, требующих применения генераторов случайных чисел, используется детерминистский генератор псевдослучайных чисел с зарядкой начальными числами.

Основным отличительным качеством и привлекательной стороной данного способа является то, что наблюдатель может выбрать свой собственный случайный источник, который он может задействовать как стимул в игре и просто в развлечениях. Любой человек может представить разницу при получении разделенного надвое да-нет или категорического ответа на вопросы, основанные на чьем-либо строении кожи руки, разделительной стенки оффиса или школы, или даже на изображении лица товарища. Смоделированная игра в он(она) любит меня, он(она) не любит меня приобретает совершенно новые чувства и текстуры.

Такие неограниченные в плане выбора чисел образцы мирских развлечений, например, генерация лотерейных номеров, предсказание будущего, принятие случайных и судьбоносных решений, динамические игры типа она(он) любит-не любит, перетасовка карт, игра-симулятор - это только небольшая часть того, где может быть применен данный способ.

Пример 3.

Поскольку вмешательство наблюдателя может стать неотъемлемой частью процесса генерации случайных чисел, то становится возможным применение данного изобретения к парапсихологическим явлениям, т.е. к явлениям общего характера в части влияния ума на физические процессы в рамках исследований и развлечений. Базовым принципом для наблюдателя является его способность внесения ошибок в работу генератора истинно случайных чисел, что может быть использовано для выявления заметных изменений в устройстве обратной связи, которые могут быть зафиксированы органами чувств человека, т.е. зрением, слухом, осязанием, а также на уровне обратной связи с химическими процессами. Разъяснение предполагаемого использования изобретения в данной области представлено в кратком виде ниже по тексту.

Концепция вмешательства наблюдателя и его влияния в аппаратные средства генерации случайных чисел хорошо задокументирована. По существу, анализ показал, что обозреватель, похоже, способен вносить помехи в генерацию истинно случайных чисел при концентрации сознания со статистической его значимостью вне зависимости от времени и места. Эта концепция адресована известным и неизвестным явлениям, связанным с эффектами наблюдателя в квантовой механике. Задачей данного изобретения является увеличение до максимума возможностей наблюдателя в части его влияния по собственному выбору на генерацию истинно случайных чисел.

Предшествующие исследования использовали в первую очередь физические приборы с высокоскоростными осцилляторами, работа которых прерывалась физическими явлениями, связанными с тепловыми шумами, радиоактивным распадом или даже нажатием на клавишу клавиатуры и движением мышки, осуществляемыми наблюдателем, как это утверждается в заявке на Патент США № 2009/0265112.

Настоящее изобретение позволяет осуществлять вмешательство человека в несколько этапов. На примерной блок-схеме 900, изображенной на фиг. 9, показаны различные точки, где по выбору наблюдателя может быть доведено до максимума его влияние 990 на генерацию истинно случайных чисел. Выбор кодера изображения 910, категории изображения или сегмента изображения 920, процесса извлечения/цветовой пушки или выбора взвешенных функций 930, использования статистических тестов 940, общих потоков бит 960 или откорректированных потоков 980 с применением алгоритмов 965, протяженности случайного потока (на фиг. 9 не показан), направления помех (также не показано) -все это находится под влиянием наблюдателя 990. Данное изобретение может быть использовано для исследований или просто как прибор для принятия решений в развлекательных целях.

Поскольку многие модификации, вариации и изменения в деталях могут быть применены к описанным предпочтительным вариантам реализациям данного изобретения, то все предметы в вышеописанном описании и в приложенных к нему графических материалах имеют иллюстративный характер и не несут в себе ограничительный смысл. Таким образом, границы данного изобретения должны определяться прилагаемыми ниже пунктами формулы изобретения и их правовой равноценностью.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ генерации истинно случайных чисел, который включает следующие этапы: получение цифрового изображения объектов реальной окружающей среды;

оцифровку исходного изображения с помощью кодера с целью создания цифрового варианта изображения;

извлечение низших значащих бит из каждого пикселя оцифрованного изображения;

обработку низших значащих бит каждого пикселя для создания потока случайных бит;

запуск по меньшей мере одного приложения с генерацией случайных чисел на основе вновь созданного потока случайных бит, полученного путем генерации последовательности истинно случайных чисел получаемых из последовательности низших значащих битов цифрового представления пикселей микроструктуры полученного изображения.

- 7 027870
2. Способ по п.1, в котором исходное изображение является статической фотографией с застывшим изображением или динамическим видеофильмом.
3. Способ по п.1, включающий получение цифрового изображения объектов реальной окружающей среды, которое основывается на критериях тестов ΌΙΕΗΆΕϋ, ΝΙ8Τ и ΕΝΤ.
4. Способ по п.1, в котором цифровое изображение объектов реальной окружающей среды включает по меньшей мере одно из следующих изображений: однородно выкрашенные стены, акустический потолок, камни брусчатки, архитектурные элементы в виде колонн, древние развалины и океанские волны.
5. Способ по п.1, включающий применение критериев обработки изображений с целью обеспечения соответствия выбранных изображений требованиям случайности числовой последовательности.
6. Способ по п.1, дополнительно включающий цифровую коррекцию общего потока бит.
7. Способ по п.6, обеспечивающий применения алгоритма фон Нойманна (νοη Νοιιηιαηη) для сбалансирования потока бит для частоты отсчетов.
8. Способ по п.1, в котором процесс генерации случайных чисел может задаваться по выбору пользователя и наблюдателя.
9. Способ по п.1, включающий генерацию случайных чисел, используемую в свою очередь для генерации случайных начальных чисел для генератора детерминистических псевдослучайных чисел.
10. Способ по п.1, в котором кодер дополнительно выполняет функцию по созданию изображения типа микроструктур.
11. Способ по п.1, в котором кодер представляет собой имеющийся в продаже портативный цифровой прибор, причем последний может быть компьютером, встроенным или автономным прибором.
12. Способ по п.1, в котором случайный поток бит осуществляет запуск приложений, используемых для развлечения и разработки игр, и причем выбор исходного изображения осуществляется пользователем и является стимулом для расширения развлекательных возможностей игр.
13. Способ по п.1, в котором поток случайных бит используют в драйвере для безопасной передачи персональной и коммерческой информации с использованием протоколов безопасности, таких как ΜΌ8, 8ΗΆ-1 и 8ΗΆ-2, определяемых Национальным институтом по стандартизации и технологиям.
14. Способ по п.13, в котором в приложения по безопасности включены хеш-функции.
15. Способ по п.1, в котором взвешенные функции данных по пикселям, начиная с выбора по меньшей мере одной цветовой пушки и заканчивая взвешенными функциями яркости, подвергаются вычислению с целью извлечения низшего значащего бита по меньшей мере одной цветовой пушки.
16. Способ по п.1, в котором структура данных изображения обеспечивает структуру η-мерных данных в форме куба и осуществляет выборку х и у пикселей изображения во времени (1).