JP2009217513A - Random number generator and random number generation method - Google Patents

Random number generator and random number generation method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To generate a true random number value by a method other than measuring time intervals based on a phenomenon independently occurring on the basis of a physical phenomenon. <P>SOLUTION: The random number generator includes: a circuit for generating a random signal from a noise source; a circuit for generating an output waveform where voltage simply increases as time goes by in a prescribed cycle; a voltage value acquisition circuit for determining that the random signal has been generated and acquiring a voltage value when the last random signal has been generated from the output waveform; and a circuit for converting the voltage value into a digital value to output it as a random number value. Thus, it is possible to determine a random number value on the basis of the voltage value in the voltage waveform where the voltage simply increases as time goes by in the prescribed cycle and the random number value can be generated without using a measuring means by a counter. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、雑音源等から生じるランダムパルス信号を利用した技術に関し、特に、自然乱数を生成するための乱数発生装置及び乱数発生方法に係るものである。   The present invention relates to a technique using a random pulse signal generated from a noise source or the like, and more particularly to a random number generation device and a random number generation method for generating a natural random number.

近年、ゲーム機器をはじめとする様々な装置、或いは実験計画や暗号鍵の生成における処理のために乱数が多用されるようになった。乱数の生成は、しばしば、コンピュータを用いたソフトウェア処理で行われる。しかし、ソフトウェアによる乱数の生成は、厳密な不規則性を備えた真の乱数という観点からみると限界がある。一方、例えば、抵抗、ダイオード等の半導体、あるいは導体の熱雑音発生源から発生するホワイトノイズを利用して得たランダムパルスを基に乱数を生成することもでき、この場合は真正乱数とみなせることが知られている。   In recent years, random numbers have come to be frequently used for various devices including game machines, or for processing in experiment planning and encryption key generation. Random numbers are often generated by software processing using a computer. However, the generation of random numbers by software is limited in terms of true random numbers with strict irregularities. On the other hand, for example, random numbers can be generated based on random pulses obtained by using white noise generated from thermal noise sources such as resistors, diodes, or conductors. In this case, it can be regarded as a genuine random number. It has been known.

いま、熱雑音発生源からのランダムパルスを時間軸上で連続させた場合で、所定の閾値を超えるパルス(以下、「サンプリングパルス」と称する。)を検出したときを独立な事象が生じた時点とすれば、この独立な事象間の生起間隔は指数分布に従うことがわかっている。つまり、サンプリングパルス間の時間間隔が表す値は、指数分布に従う自然乱数とみなすことができる。   When a random pulse from a thermal noise source is continued on the time axis and a pulse exceeding a predetermined threshold (hereinafter referred to as “sampling pulse”) is detected, an independent event occurs. If so, the occurrence interval between these independent events is known to follow an exponential distribution. That is, the value represented by the time interval between sampling pulses can be regarded as a natural random number according to an exponential distribution.

ところで、上記サンプリングパルス間の時間間隔、すなわち、前回のサンプリングパルス発生時を開始時刻として次に生起したサンプリングパルスまでの時間間隔(t)は、計時手段を使って計測される。この計時手段は、一般に、サンプリングパルスよりも高い周波数のクロック信号を発生するクロック信号発生手段と、前記クロック信号のクロック回数をカウントするカウント手段(カウンタ)とを含んで構成され、サンプリングパルス間でカウントされたクロック数を基にサンプリングパルス間の時間間隔(t)を計測する。図5は、サンプリングパルス間の時間間隔をカウンタで計測して、そのカウント値を乱数値1、乱数値2、乱数値3、…とするものである。   By the way, the time interval between the sampling pulses, that is, the time interval (t) from the previous sampling pulse generation time to the next generated sampling pulse is measured using the time measuring means. This time measuring means generally includes a clock signal generating means for generating a clock signal having a frequency higher than that of the sampling pulse, and a counting means (counter) for counting the number of clocks of the clock signal. The time interval (t) between sampling pulses is measured based on the counted number of clocks. In FIG. 5, the time interval between sampling pulses is measured by a counter, and the count values are set to a random value 1, a random value 2, a random value 3,.

しかしながら、上述したようなカウンタにより計測された時間間隔は、例えば8ビットカウンタであれば0〜255までの整数値であらわされ、本来は連続量として表現される時間(t)をカウンタの離散的な値で近似的に表現していることになる。もちろん、カウンタのビット数を増やして離散値としてとりうる値の範囲を広げれば、量子化の精度は向上するが、デジタルデータであることには変わりない。   However, the time interval measured by the counter as described above is represented by an integer value from 0 to 255 in the case of an 8-bit counter, for example, and the time (t) that is originally expressed as a continuous amount is represented by a discrete value of the counter. This means that it is expressed approximately with various values. Of course, if the number of bits of the counter is increased to increase the range of values that can be taken as discrete values, the accuracy of quantization is improved, but it is still digital data.

そこで、本発明は、物理現象に基づいて独立に発生する事象から、時間間隔の計測以外の方法で真正乱数値を発生させることを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to generate a genuine random number value from an event that occurs independently based on a physical phenomenon by a method other than measurement of a time interval.

前記目的を達成するために、本発明による乱数発生装置は、ノイズ源と、前記ノイズ源からランダムな信号を発生する回路と、所定の周期で時間とともに電圧が単調増加する出力波形を発生させる回路と、前記ランダムな信号が発生したことを検出して、前回に前記ランダムな信号が発生した時点の電圧値を前記出力波形から取得する電圧値取得回路と、前記電圧値をデジタル値に変換して乱数値として出力する回路とを備えることを特徴とする。
また、本発明の乱数発生装置による出力波形は鋸歯状波又は対数カーブであり、さらに、出力波形を発生させる回路は前記電圧値取得回路がランダムな信号を検出したことに呼応して前記出力波形を再び初期状態から発生することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a random number generator according to the present invention includes a noise source, a circuit that generates a random signal from the noise source, and a circuit that generates an output waveform whose voltage monotonously increases with time at a predetermined period. A voltage value acquisition circuit that detects the occurrence of the random signal and acquires the voltage value at the time when the random signal was generated last time from the output waveform; and converts the voltage value into a digital value. And a circuit for outputting as a random value.
Also, the output waveform by the random number generator of the present invention is a sawtooth wave or a logarithmic curve, and the circuit for generating the output waveform is the output waveform in response to the voltage value acquisition circuit detecting a random signal. Is generated again from the initial state.

前記目的を達成するために、本発明による乱数発生方法は、ノイズ源から発生したランダムな信号を検出する処理と、所定の周期で時間とともに電圧が単調増加する出力波形を発生させる波形発生処理と、前記ランダムな信号が発生した時点の電圧値を前記出力波形から取得する電圧値取得処理と、前記電圧値をA/D変換して乱数値として出力する処理とを含むことを特徴とする。
また、本発明の乱数発生方法による出力波形は鋸歯状波又は対数カーブであり、さらに、電圧値取得処理はランダムな信号を検出すると前記出力波形の生成を初期状態から繰り返す指令としてのリセット信号を前記波形発生処理に対して出力することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a random number generation method according to the present invention includes a process for detecting a random signal generated from a noise source, and a waveform generation process for generating an output waveform whose voltage monotonously increases with time in a predetermined cycle. A voltage value acquisition process for acquiring a voltage value at the time when the random signal is generated from the output waveform, and a process for A / D converting the voltage value and outputting it as a random value.
Further, the output waveform according to the random number generation method of the present invention is a sawtooth wave or a logarithmic curve, and further, the voltage value acquisition process receives a reset signal as a command to repeat generation of the output waveform from the initial state when a random signal is detected. It outputs to the said waveform generation process, It is characterized by the above-mentioned.

本発明によれば、物理現象に基づいて独立に発生する事象から、所定の周期内で時間とともに電圧が単調増加する電圧波形における電圧値を基に乱数値を決定するので、カウンタによる計測手段が不要となる。このため、カウンタ分解能の影響を受けずに乱数値を生成することが可能となり高精度な乱数値を発生することができる。   According to the present invention, since the random number value is determined based on the voltage value in the voltage waveform in which the voltage monotonously increases with time within a predetermined period from the event that occurs independently based on the physical phenomenon, the measuring means using the counter It becomes unnecessary. For this reason, it is possible to generate a random value without being affected by the counter resolution, and it is possible to generate a highly accurate random value.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図1は、乱数発生のために鋸歯状波発生回路からの鋸歯状波を利用して、各サンプリングパルス発生時の電圧値を計測する場合を説明するための図である。サンプリングパルスをa,b,c,d…で示している。熱雑音発生源等から発生するランダムパルスそのものであることは勿論、多数のランダムパルスのうち、例えば、正負の符号を無視した絶対量としての大きさが所定の閾値よりも大きなものだけをフィルタリングして残ったものが図に示した上記のサンプリングパルスである。本発明は、従来のように各サンプリングパルス間においてクロック数が何回であったかのカウントを計測する方法を採用しない。具体的には図1に示すように、あるサンプリングパルス(例えば、a)を鋸歯状波の周期の開始時点にあわせて(このとき、電圧値を0に設定しておく。)、次のサンプリングパルス(b)を検出した時点の電圧値(Vb)を計測する。鋸歯状波発生回路における電圧値は、A/D変換などを行い数値化することで乱数値とすることができる。図1の場合、サンプリングパルス(b)が発生したタイミングで電圧値(Vb)を乱数値として得ることができる。なお、図1に示す鋸歯波の横軸は時間を、縦軸は電圧値を示している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram for explaining a case where a voltage value at the time of generating each sampling pulse is measured using a sawtooth wave from a sawtooth wave generation circuit for generating a random number. Sampling pulses are indicated by a, b, c, d. Of course, only random pulses generated from thermal noise sources, etc., are filtered out of a large number of random pulses, for example, those with absolute magnitudes ignoring positive and negative signs greater than a predetermined threshold. What remains is the sampling pulse shown in the figure. The present invention does not employ a conventional method of measuring the number of clocks between each sampling pulse. Specifically, as shown in FIG. 1, a sampling pulse (for example, a) is set to the start time of the sawtooth wave period (at this time, the voltage value is set to 0), and the next sampling is performed. The voltage value (V b ) at the time of detecting the pulse (b) is measured. The voltage value in the sawtooth wave generation circuit can be converted into a random number value by performing A / D conversion or the like and digitizing the voltage value. In the case of FIG. 1, the voltage value (V b ) can be obtained as a random value at the timing when the sampling pulse (b) occurs. Incidentally, the horizontal axis represents time of the sawtooth wave shown in FIG. 1, the vertical axis indicates the voltage value.

さらに、次のサンプリングパルスが発生したタイミングでの電圧値を計測するために、サンプリングパルス(b)の電圧値(Vb)を計測した時点でその電圧値を0に戻し、その後にサンプリングパルスcを検出すると、そのときの電圧値(Vc)を計測する。すると、この電圧値(Vc)を乱数値として得ることができる。この処理を、サンプリングパルスを検出するたび繰り返していけばカウンタを用いずにサンプリングパルス発生時の電圧値を計測することが可能となる。 Further, in order to measure the voltage value at the timing when the next sampling pulse is generated, the voltage value is returned to 0 when the voltage value (V b ) of the sampling pulse ( b ) is measured, and then the sampling pulse c Is detected, the voltage value (V c ) at that time is measured. Then, this voltage value (V c ) can be obtained as a random value. If this process is repeated each time a sampling pulse is detected, it is possible to measure the voltage value when the sampling pulse is generated without using a counter.

なお、鋸歯状波発生回路は、一定の周期で鋸歯状波の電圧増加をリセットし、再び所定の最大電圧値になるまで時間とともに電圧増加を繰り返して、連続した鋸歯状波を形成するものだが、例えば図1に示すようにサンプリングパルスe〜fとの時間間隔が鋸歯状波の周期よりも長くなることがある。この場合、鋸歯状波発生回路所定は所定の最大電圧値に到達後にリセット処理を行い、2回目以降の周期で次のサンプリングパルス(f)の検出を行うようにすればよい。鋸歯状波の周期の設定は、熱雑音発生源の種類等からのサンプリングパルスの発生レートに応じて適切な値に設定すればよく、好ましくは、例えば、サンプリングパルスの単位時間あたりの平均発生回数よりも大きめに設定する。また、後述するA/Dコンバータの分解能にあわせて適当な周期を設定することも可能であり、結果としてサンプリングパルスを確実に検出することが望まれる。   The sawtooth wave generation circuit resets the voltage increase of the sawtooth wave at a constant cycle and repeats the voltage increase with time until it reaches a predetermined maximum voltage value again to form a continuous sawtooth wave. For example, as shown in FIG. 1, the time interval between the sampling pulses ef may be longer than the period of the sawtooth wave. In this case, the predetermined sawtooth wave generation circuit may perform reset processing after reaching a predetermined maximum voltage value and detect the next sampling pulse (f) in the second and subsequent cycles. The period of the sawtooth wave may be set to an appropriate value according to the sampling pulse generation rate from the type of the thermal noise generation source, etc., and preferably, for example, the average number of occurrences of the sampling pulse per unit time Set a larger value. It is also possible to set an appropriate period in accordance with the resolution of the A / D converter described later, and as a result, it is desirable to reliably detect the sampling pulse.

上述の鋸歯状波の利用に基づいて電圧値から乱数値を得る乱数発生装置100の一実施例を図2に示す。乱数発生装置100は、ランダムパルス発生回路1、電圧値取得回路2、鋸歯状波発生回路3、A/Dコンバータ4、乱数値格納回路5、入出力回路6を含む構成である。なお、乱数発生装置100は、本発明の内容を説明するための一例であってこれらに限定することものではなく、且つ本発明の技術思想を変更又は逸脱しない範囲の変更を含むものとする。   FIG. 2 shows an embodiment of a random number generator 100 that obtains random values from voltage values based on the use of the sawtooth wave. The random number generation device 100 includes a random pulse generation circuit 1, a voltage value acquisition circuit 2, a sawtooth wave generation circuit 3, an A / D converter 4, a random value storage circuit 5, and an input / output circuit 6. The random number generation device 100 is an example for explaining the contents of the present invention, and is not limited thereto, and includes changes in a range that does not change or depart from the technical idea of the present invention.

ランダムパルス発生回路1は、熱雑音などの熱音源からランダムなパルスを発生する回路である。なお、図2では特に明示していないが、このランダムパルスの中から大きさが所定以上のものを抽出してサンプリングパルスを生成するフィルタリング機能をランダムパルス発生回路1に備えたり、或いはランダムパルス発生回路1とは別個にサンプリングパルス生成回路を設けるように構成される。ランダムパルス発生回路1(又はサンプリングパルス生成回路)から得られたサンプリングパルスは電圧値取得回路2に入力される。   The random pulse generation circuit 1 is a circuit that generates random pulses from a thermal sound source such as thermal noise. Although not explicitly shown in FIG. 2, the random pulse generation circuit 1 has a filtering function for generating a sampling pulse by extracting a random pulse having a predetermined size or more from the random pulse, or generating a random pulse. A sampling pulse generation circuit is provided separately from the circuit 1. The sampling pulse obtained from the random pulse generation circuit 1 (or the sampling pulse generation circuit) is input to the voltage value acquisition circuit 2.

鋸歯状波発生回路3は、所定の周期で図1に示したような鋸歯状波を発生する回路である。周期内において時間と電圧値が比例関係で対応することから、電圧値の計測によって経過時間を識別することができる。電圧値取得回路2は、ランダムパルス発生回路1(又はサンプリングパルス生成回路)から入力されたサンプリングパルスを受けた時に、鋸歯状波発生回路3が発生する鋸歯状波の電圧値を取得し、この電圧値をA/Dコンバータ4に出力する。また、電圧値取得回路2は、電圧値の取得時に鋸歯状波発生回路3に対してリセット信号を出力し、これに呼応して鋸歯状波発生回路3は、鋸歯状波の発生を周期の初期状態に戻す。すなわち、鋸歯状波としての所定の最大電圧値になる前であっても電圧値を0にリセットして、再び所定の周期で鋸歯状波を発生する処理に戻る。   The sawtooth wave generating circuit 3 is a circuit that generates a sawtooth wave as shown in FIG. 1 at a predetermined cycle. Since the time and the voltage value correspond in a proportional relationship within the period, the elapsed time can be identified by measuring the voltage value. The voltage value acquisition circuit 2 acquires the voltage value of the sawtooth wave generated by the sawtooth wave generation circuit 3 when receiving the sampling pulse input from the random pulse generation circuit 1 (or the sampling pulse generation circuit). The voltage value is output to the A / D converter 4. In addition, the voltage value acquisition circuit 2 outputs a reset signal to the sawtooth wave generation circuit 3 at the time of acquiring the voltage value, and in response to this, the sawtooth wave generation circuit 3 generates the sawtooth wave in a cycle. Return to the initial state. That is, even before the predetermined maximum voltage value as the sawtooth wave is reached, the voltage value is reset to 0, and the process returns to the process of generating the sawtooth wave at a predetermined cycle again.

A/Dコンバータ4は、電圧値取得回路2が取得したアナログとしての電圧値をデジタル値に変換して乱数値を決定し、これを乱数値格納回路5に出力する。乱数値格納回路5は、A/Dコンバータ4から出力された各乱数値を格納する回路である。そして、入出力回路6は、外部からの要求に応じて乱数値格納回路5に記憶されている乱数値を読み出し、外部に出力する回路である。   The A / D converter 4 converts the analog voltage value acquired by the voltage value acquisition circuit 2 into a digital value, determines a random value, and outputs it to the random value storage circuit 5. The random value storage circuit 5 is a circuit that stores each random value output from the A / D converter 4. The input / output circuit 6 is a circuit that reads a random value stored in the random value storage circuit 5 in response to a request from the outside and outputs the random value to the outside.

本実施形態における鋸歯状波を利用した乱数発生装置100によれば、計測した電圧値を直接乱数値とすることができるため、サンプリングパルス間の時間間隔(t)を計測するためのカウンタ手段を無くすことができる。しかも、電圧値取得回路2から出力されるデータはアナログ値であるので、サンプリングパルス間の時間間隔(t)を連続関数で表現した指数分布との親和性が高く、歪みの少ない指数分布を出力することが可能になる。その結果、この指数分布の結果を基に真正乱数性の検定を行う場合は、回路を簡略化しつつも、検定処理および検定精度を従来と較べて同等のものとすることができる。   According to the random number generation device 100 using the sawtooth wave in the present embodiment, the measured voltage value can be directly used as a random number value. Therefore, the counter means for measuring the time interval (t) between the sampling pulses is provided. It can be lost. Moreover, since the data output from the voltage value acquisition circuit 2 is an analog value, it has high affinity with an exponential distribution in which the time interval (t) between sampling pulses is expressed as a continuous function, and outputs an exponential distribution with little distortion. It becomes possible to do. As a result, when performing a test of true randomness based on the result of the exponential distribution, the test process and the test accuracy can be made equivalent as compared with the conventional one while simplifying the circuit.

次に、本発明の第2の実施形態について説明する。第2の実施形態は、上述した鋸歯状波の代りに対数カーブを使用する。図3が対数カーブを利用して電圧値を取得する乱数発生装置200の一実施例を表した図である。図1の鋸歯状波発生回路3の代りに対数波形発生回路7を使用し、その他の回路については図1の場合と同様であるので説明を省略する。図4は、対数波形発生回路7によって対数カーブを生成したときの、サンプリングパルスとの関係をあらわした図である。図1の場合と同様にサンプリングパルスがa,b,c,d…で発生するとした場合の各時間間隔(t)を対数カーブにおける電圧値で識別するものである。   Next, a second embodiment of the present invention will be described. The second embodiment uses a logarithmic curve instead of the sawtooth wave described above. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a random number generation device 200 that acquires a voltage value using a logarithmic curve. The logarithmic waveform generation circuit 7 is used instead of the sawtooth wave generation circuit 3 in FIG. 1, and the other circuits are the same as those in FIG. FIG. 4 is a diagram showing a relationship with the sampling pulse when the logarithmic curve is generated by the logarithmic waveform generation circuit 7. As in the case of FIG. 1, each time interval (t) when sampling pulses are generated at a, b, c, d... Is identified by the voltage value in the logarithmic curve.

例えば、あるサンプリングパルス(例えば、a)を対数カーブの周期の開始時点にあわせて(このとき、電圧値を0に設定しておく。)、次のサンプリングパルス(b)を検出した時点の電圧値(V'b)を計測し、この電圧値を乱数値として取得する。対数波形発生回路7における電圧値は、所定の対数カーブの曲率に従って時間ともに増加する。図1に示す鋸歯状波のときと同様に、その後、次のサンプリングパルス(c)発生時の電圧値を計測するために、サンプリングパルス(b)の電圧値(V'b)を計測した時点でその電圧値を0に戻して、サンプリングパルス(c)発生時の電圧値(V'c)を計測し、この電圧値を乱数値として取得する。この処理を、サンプリングパルスを検出するたび繰り返していけばカウンタを用いずに乱数値の取得が可能となる。 For example, the voltage at the time when the next sampling pulse (b) is detected by matching a certain sampling pulse (for example, a) with the start point of the period of the logarithmic curve (at this time, the voltage value is set to 0). The value (V ′ b ) is measured, and this voltage value is acquired as a random value. The voltage value in the logarithmic waveform generation circuit 7 increases with time according to the curvature of a predetermined logarithmic curve. Similarly to the case of the sawtooth wave shown in FIG. 1, the voltage value (V ′ b ) of the sampling pulse (b) is measured in order to measure the voltage value when the next sampling pulse (c) is generated. Then, the voltage value is returned to 0, the voltage value (V ′ c ) when the sampling pulse (c) is generated is measured, and this voltage value is acquired as a random value. If this process is repeated each time a sampling pulse is detected, a random value can be obtained without using a counter.

サンプリングパルス間の時間間隔を直接的に計測せずに、次のサンプリングパルスが到来したときの電圧値を計測して、この電圧値を乱数値として特定する基本概念は、鋸歯状波でも対数カーブでも同じである。したがって、本実施形態による効果としてカウンタ手段を無くすことができるという点において基本的には鋸歯状波を利用した場合と同様であるが、特に対数カーブを利用したときの特徴としては以下の点が挙げられる。   Instead of directly measuring the time interval between sampling pulses, the basic concept of measuring the voltage value when the next sampling pulse arrives and identifying this voltage value as a random value is the logarithmic curve even for sawtooth waves. But it is the same. Therefore, the effect of the present embodiment is basically the same as the case where the sawtooth wave is used in that the counter means can be eliminated, but the following points are the characteristics particularly when the logarithmic curve is used. Can be mentioned.

鋸歯状波を基にサンプリングパルス発生時の電圧値を計測した場合、その電圧値の分布が指数分布で表現されるということは、時間間隔(t)が小さいものほど発生頻度が高いということを意味する。逆に言えば、鋸歯状波の周期が何度も繰り返して次のサンプリングパルスが到来するというようなサンプリングパルス間の時間間隔が長くなるようなケースは生じにくいことになる。ところで、実際の乱数の使用には、生成された乱数は真正であるか否かの検証が行われ、当該検証に合格した乱数のみが実用に供されるのだが、乱数検定の一項目として無規則性の評価がある。これは、i番目の値とj番目の値に何の相関がないこと、即ち、所定の時間幅でみればすべての値がみな一様に平坦に出現しているというものであり、一様性の評価と言い換えられることができる。このため、例えば、熱雑音源から発生するパルス間の時間間隔を測定して得た乱数値に対して排他的論理和の演算処理を施すことによって、時間間隔(t)のどれをとっても皆一様な確率を意味する平らな直線の分布に変換されるかどうかを検証する。鋸歯状波を利用した時間間隔の計測の場合は、この平らな直線が形成されるかの付加的な演算処理が必要になるのである。   When the voltage value at the time of generating the sampling pulse is measured based on the sawtooth wave, the distribution of the voltage value is expressed as an exponential distribution, which means that the smaller the time interval (t), the higher the frequency of occurrence. means. In other words, a case in which the time interval between sampling pulses is such that the period of the sawtooth wave repeats many times and the next sampling pulse arrives is unlikely to occur. By the way, in the actual use of random numbers, whether or not the generated random numbers are authentic is verified, and only the random numbers that pass the verification are put to practical use. There is an evaluation of regularity. This is that there is no correlation between the i-th value and the j-th value, that is, all values appear uniformly and flatly in a predetermined time width. It can be paraphrased as sex assessment. For this reason, for example, an exclusive OR operation process is performed on a random value obtained by measuring a time interval between pulses generated from a thermal noise source, so that every time interval (t) is equal. It is verified whether it is converted into a flat straight line distribution that means various probabilities. In the case of time interval measurement using a sawtooth wave, an additional calculation process is required to determine whether this flat straight line is formed.

一方、対数カーブで電圧値を計測してサンプリングパルス間の時間間隔(t)を算出する場合、時間間隔(t)は上述したような指数分布の特徴を呈さない。つまり、時間間隔(t)が対数圧縮された値として出力されるので、サンプリングパルスが真正乱数であれば平らな直線の分布となる。これは、鋸歯状波の利用による時間間隔の計測で必要とされる付加的な演算処理を省略することとなり、直接、真正乱数としての検定の一項目を評価できるという効果を有している。   On the other hand, when the voltage value is measured with a logarithmic curve and the time interval (t) between sampling pulses is calculated, the time interval (t) does not exhibit the characteristics of the exponential distribution as described above. That is, since the time interval (t) is output as a logarithmically compressed value, if the sampling pulse is a genuine random number, a flat straight line distribution is obtained. This eliminates an additional calculation process required for measuring the time interval by using the sawtooth wave, and has an effect that one item of the test as a true random number can be directly evaluated.

また、第1の実施形態又は第2の実施形態では、鋸歯状波あるいは対数カーブの曲線が発生する電圧値の最大値を乱数値の最大値とすることができるため、乱数の最大値を任意に設定することが容易である。   In the first embodiment or the second embodiment, the maximum value of the voltage value generated by the sawtooth wave or the logarithmic curve can be set as the maximum value of the random number value. Easy to set.

なお、上述した実施形態では、鋸歯状波又は対数カーブの出力波形から得られる電圧値を計測する例を説明したが、これらに限定されるものではない。電圧値が一定の周期内で一意的に対応づけられる任意の出力波形によって本発明の技術思想が実現されることは容易に理解されるものである。   In the above-described embodiment, the example in which the voltage value obtained from the output waveform of the sawtooth wave or the logarithmic curve has been described. However, the present invention is not limited to this. It will be easily understood that the technical idea of the present invention is realized by an arbitrary output waveform in which voltage values are uniquely associated within a certain period.

本発明の乱数生成検定方法を実現する装置のブロック構成図である。It is a block block diagram of the apparatus which implement | achieves the random number generation test method of this invention. 本発明の乱数生成検定方法の一本実施形態としての検定動作手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the test | inspection operation | movement procedure as one embodiment of the random number generation test method of this invention. 本発明の乱数生成検定方法の一本実施形態としての検定動作手順を示すフローチャートであり、特に、タイマ処理に関するものである。It is a flowchart which shows the test | inspection operation | movement procedure as one embodiment of the random number generation test method of this invention, and is related with a timer process especially. 本発明の乱数生成検定方法を示すイメージ図である。It is an image figure which shows the random number generation test method of this invention. サンプリングパルス間の時間間隔をカウンタで計測した時の図である。It is a figure when the time interval between sampling pulses is measured with the counter.

符号の説明Explanation of symbols

1 ランダムパルス発生回路
2 電圧値取得回路
3 鋸歯状波発生回路
4 A/Dコンバータ
5 乱数値格納回路
6 入出力回路
7 対数カーブ発生回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Random pulse generation circuit 2 Voltage value acquisition circuit 3 Sawtooth wave generation circuit 4 A / D converter 5 Random value storage circuit 6 Input / output circuit 7 Logarithmic curve generation circuit

Claims (6)

ノイズ源と、
前記ノイズ源からランダムな信号を発生する回路と、
所定の周期で時間とともに電圧が単調増加する出力波形を発生させる回路と、
前記ランダムな信号が発生したことを検出して、前回に前記ランダムな信号が発生した時点の電圧値を前記出力波形から取得する電圧値取得回路と、
前記電圧値をデジタル値に変換して乱数値として出力する回路と、
を備えた乱数発生装置。
Noise sources,
A circuit for generating a random signal from the noise source;
A circuit for generating an output waveform in which the voltage monotonously increases with time in a predetermined cycle;
A voltage value acquisition circuit that detects the occurrence of the random signal and acquires the voltage value at the time when the random signal was generated last time from the output waveform;
A circuit that converts the voltage value into a digital value and outputs the random value;
Random number generator with
前記出力波形は、鋸歯状波又は対数カーブであることを特徴とする請求項1に記載の乱数発生装置。   The random number generator according to claim 1, wherein the output waveform is a sawtooth wave or a logarithmic curve. 前記出力波形を発生させる回路は、前記電圧値取得回路がランダムな信号を検出したことに呼応して前記出力波形を再び初期状態から発生する、請求項1または2に記載の乱数発生装置。   The random number generation device according to claim 1, wherein the circuit that generates the output waveform generates the output waveform from the initial state again in response to the voltage value acquisition circuit detecting a random signal. ノイズ源から発生したランダムな信号を検出する処理と、
所定の周期で時間とともに電圧が単調増加する出力波形を発生させる波形発生処理と、
前記ランダムな信号が発生した時点の電圧値を前記出力波形から取得する電圧値取得処理と、
前記電圧値をA/D変換して乱数値として出力する処理と、
を含む乱数発生方法。
Processing to detect random signals generated from noise sources;
Waveform generation processing for generating an output waveform in which the voltage monotonously increases with time in a predetermined cycle;
A voltage value acquisition process for acquiring a voltage value at the time of occurrence of the random signal from the output waveform;
A process of A / D converting the voltage value and outputting it as a random value;
Random number generation method including
前記出力波形は、鋸歯状波又は対数カーブであることを特徴とする請求項4に記載の乱数発生方法。   5. The random number generation method according to claim 4, wherein the output waveform is a sawtooth wave or a logarithmic curve. 前記電圧値取得処理は、ランダムな信号を検出すると、前記出力波形の生成を初期状態から繰り返す指令としてのリセット信号を前記波形発生処理に対して出力する、請求項4または5に記載の乱数発生方法。   6. The random number generation according to claim 4, wherein the voltage value acquisition process outputs a reset signal as a command to repeat generation of the output waveform from an initial state to the waveform generation process when a random signal is detected. Method.
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