JPH11184676A - 自然乱数生成カード - Google Patents
自然乱数生成カードInfo
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- JPH11184676A JPH11184676A JP9363893A JP36389397A JPH11184676A JP H11184676 A JPH11184676 A JP H11184676A JP 9363893 A JP9363893 A JP 9363893A JP 36389397 A JP36389397 A JP 36389397A JP H11184676 A JPH11184676 A JP H11184676A
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- Japan
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Abstract
(57)【要約】
【課題】原子核の崩壊というランダムな現象を利用し
て、 人工的な操作や解読が不可能な物理乱数を生成さ
せ、本人の認証やデーターの暗号化に利用する。乱数生
成装置をシート化し携帯カードにする。極微弱な線量を
使用して安全性を確保する。不正使用の自己検定やカー
ドの使用年限の設定などによりセキュリテイの向上を図
る。 【解決手段】原子核からランダムに放出するα線を、Ｐ
ＩＮダイオードで検出してランダムなパルスを発生さ
せ、このパルスを利用して真の乱数を生成させる。1個
の崩壊現象により1個の物理乱数を生成させる新しい方
式により、極微量な線量を用いて、必要とする速度で必
要な桁数の物理乱数を生成させる。線源、検出器、回路
系などすべて薄型で一体構造とする。計測したパルス数
と最初に設定した基準パルス数とを比較することによ
り、不正の検定や使用期限の設定などを行う。
て、 人工的な操作や解読が不可能な物理乱数を生成さ
せ、本人の認証やデーターの暗号化に利用する。乱数生
成装置をシート化し携帯カードにする。極微弱な線量を
使用して安全性を確保する。不正使用の自己検定やカー
ドの使用年限の設定などによりセキュリテイの向上を図
る。 【解決手段】原子核からランダムに放出するα線を、Ｐ
ＩＮダイオードで検出してランダムなパルスを発生さ
せ、このパルスを利用して真の乱数を生成させる。1個
の崩壊現象により1個の物理乱数を生成させる新しい方
式により、極微量な線量を用いて、必要とする速度で必
要な桁数の物理乱数を生成させる。線源、検出器、回路
系などすべて薄型で一体構造とする。計測したパルス数
と最初に設定した基準パルス数とを比較することによ
り、不正の検定や使用期限の設定などを行う。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】この発明は、乱数生成装置に
関し、放射線の崩壊を検出して作るランダム・パルス発
生器と、このランダム・パルスを利用して真の乱数を生
成する自然乱数生成器と、この自然乱数を用いてＩＣカ
ードの本人認証及びデータの暗号化処理を行う装置に関
する。
関し、放射線の崩壊を検出して作るランダム・パルス発
生器と、このランダム・パルスを利用して真の乱数を生
成する自然乱数生成器と、この自然乱数を用いてＩＣカ
ードの本人認証及びデータの暗号化処理を行う装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】原子核の崩壊がランダムな現象であるこ
との原理やその数学的な取り扱いについては、古くから
研究がなされており公知の事実となっている。自然現象
を利用した物理乱数の生成装置について多くの提案がな
されている。例えば、特開昭60-31640や、本願発明者等
による特開平6-15441号、特開平9-50369号がある。しか
し、従来の物理乱数を生成させる方式では、 カードな
どが必要とする速度（10分の1秒程度）でもって、必要
な桁数（10桁以上）の乱数を生成しようとすると、１０
０マイクロキューリー（μＣｉ）という高濃度の放射線
源が必要となり、カードとして一般に使用するには安全
管理上問題があった。また、従来の乱数生成装置は、形
状が大きくカードに取り付けられる大きさとなっていな
かった。
との原理やその数学的な取り扱いについては、古くから
研究がなされており公知の事実となっている。自然現象
を利用した物理乱数の生成装置について多くの提案がな
されている。例えば、特開昭60-31640や、本願発明者等
による特開平6-15441号、特開平9-50369号がある。しか
し、従来の物理乱数を生成させる方式では、 カードな
どが必要とする速度（10分の1秒程度）でもって、必要
な桁数（10桁以上）の乱数を生成しようとすると、１０
０マイクロキューリー（μＣｉ）という高濃度の放射線
源が必要となり、カードとして一般に使用するには安全
管理上問題があった。また、従来の乱数生成装置は、形
状が大きくカードに取り付けられる大きさとなっていな
かった。
【０００３】乱数を使用した暗号化処理方法としては、
ＤＥＳやＲＳＡの方法が良く知られているが、従来の計
算機演算により生成した乱数は疑似乱数であり真の乱数
ではない。このため周期性が発生したり、内容を容易に
解読されたり改造されてしまう恐れがあった。
ＤＥＳやＲＳＡの方法が良く知られているが、従来の計
算機演算により生成した乱数は疑似乱数であり真の乱数
ではない。このため周期性が発生したり、内容を容易に
解読されたり改造されてしまう恐れがあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】原子核の崩壊というラ
ンダムな現象を利用して、人工的な操作や解読が不可能
な物理乱数を、必要とする速度で生成させ、これを本人
認証手法及データの処理方法に使用できるようにする。
従来の放射線量よりも約１万倍少ない極微弱な線量でも
自然乱数の発生を可能にして安全性を完全に確保する。
乱数生成装置を携帯できるようにカードにする。セキュ
リテイを向上させるため、カードに人工的な操作を加え
たとき自己検定できる回路や、設定した使用年限になれ
ば自動的に停止するような機能をもたせる。これらの検
定結果は無線でカード外に発信できるようにする。
ンダムな現象を利用して、人工的な操作や解読が不可能
な物理乱数を、必要とする速度で生成させ、これを本人
認証手法及データの処理方法に使用できるようにする。
従来の放射線量よりも約１万倍少ない極微弱な線量でも
自然乱数の発生を可能にして安全性を完全に確保する。
乱数生成装置を携帯できるようにカードにする。セキュ
リテイを向上させるため、カードに人工的な操作を加え
たとき自己検定できる回路や、設定した使用年限になれ
ば自動的に停止するような機能をもたせる。これらの検
定結果は無線でカード外に発信できるようにする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、 請求項１の発明では、自然崩壊する放射線源か
らランダムに放出される粒子を検出して真のランダム・
パルスを発生させ、このパルス信号とパルス信号の時間
間隔を計測し、この計測値1例から１個の10進1桁の整数
乱数を連続して生成させる方式により、ｎCi（ナノキュ
ーリ）という極微弱の放射線源を用いても、必要となっ
た時点で、必要な速度で必要な桁数の乱数を取り出すこ
とができるようにする。
めに、 請求項１の発明では、自然崩壊する放射線源か
らランダムに放出される粒子を検出して真のランダム・
パルスを発生させ、このパルス信号とパルス信号の時間
間隔を計測し、この計測値1例から１個の10進1桁の整数
乱数を連続して生成させる方式により、ｎCi（ナノキュ
ーリ）という極微弱の放射線源を用いても、必要となっ
た時点で、必要な速度で必要な桁数の乱数を取り出すこ
とができるようにする。
【０００６】また請求項２の発明では、線源、PINダイ
オード検出器、アナログ回路系、時間計測器、乱数生成
回路系等の部品はすべて、 薄型（0.７ mm）にワンチッ
プ化して、ICカードとして携帯できるようにする。
オード検出器、アナログ回路系、時間計測器、乱数生成
回路系等の部品はすべて、 薄型（0.７ mm）にワンチッ
プ化して、ICカードとして携帯できるようにする。
【０００７】ICカードのセキュリテイを向上させるた
め、請求項３の発明では、放出粒子の数を常時計測し
て、ガウス分布の偏差値を基に設定した値と計測値とを
比較することにより、パルスが放射線源によるものか人
工的操作など不正によるものかを自己検定できるように
する。請求項４の発明では、線源強度が、時間とともに
減少することを利用して、計測した粒子数が、半減期を
基に最初に設定した値より減少したことで、カードの使
用年限を自由に設定できるようにする。さらに請求項５
の発明では、これらの自己検定した信号を、必要に応じ
て外部へ送信できるよう赤外発光ダイオード等の光通信
やアンテナ等の無線通信機能を備える。
め、請求項３の発明では、放出粒子の数を常時計測し
て、ガウス分布の偏差値を基に設定した値と計測値とを
比較することにより、パルスが放射線源によるものか人
工的操作など不正によるものかを自己検定できるように
する。請求項４の発明では、線源強度が、時間とともに
減少することを利用して、計測した粒子数が、半減期を
基に最初に設定した値より減少したことで、カードの使
用年限を自由に設定できるようにする。さらに請求項５
の発明では、これらの自己検定した信号を、必要に応じ
て外部へ送信できるよう赤外発光ダイオード等の光通信
やアンテナ等の無線通信機能を備える。
【０００８】
【発明の実施の形態】最初に自然乱数の生成方法の原理
について述べる。天然または人工の放射性原子核はα、
β及びγ線等の粒子を放出して自然崩壊する。 原子核
の集団は、それぞれ互いに独立した原子核の集合体であ
るので、その個々の崩壊現象は、互いに独立でランダム
な現象となる。原子核の崩壊によって放出される粒子と
次に放出される粒子との時間間隔をｔとすると、時間間
隔ｔでもって放出される粒子の頻度分布は、以下のよう
に(-t/T0)の指数分布で表される。 ここで、 T0はｔの
平均値であり、1秒間に崩壊する平均数＜N>の逆数でＴ
０＝１/＜Ｎ＞秒である。 dN/dt＝Ａexp(-t/T0)-----------------(1)
について述べる。天然または人工の放射性原子核はα、
β及びγ線等の粒子を放出して自然崩壊する。 原子核
の集団は、それぞれ互いに独立した原子核の集合体であ
るので、その個々の崩壊現象は、互いに独立でランダム
な現象となる。原子核の崩壊によって放出される粒子と
次に放出される粒子との時間間隔をｔとすると、時間間
隔ｔでもって放出される粒子の頻度分布は、以下のよう
に(-t/T0)の指数分布で表される。 ここで、 T0はｔの
平均値であり、1秒間に崩壊する平均数＜N>の逆数でＴ
０＝１/＜Ｎ＞秒である。 dN/dt＝Ａexp(-t/T0)-----------------(1)
【０００９】原子核が所定時間に崩壊する数を計測し、
この計測値を物理乱数として利用する従来の方法では、
10進1桁の整数乱数を1個生成させるために、数１０００
例のカウント数が必要となる。 これに対して、この発
明である、放出粒子の時間間隔ｔを測定して物理乱数を
生成する新しい方式では、計測値1例から10進1桁整数乱
数を1個の生成させることが出来るので、 放射線量は従
来の方法の1000分の１から1万分の１の微量で良い。
この計測値を物理乱数として利用する従来の方法では、
10進1桁の整数乱数を1個生成させるために、数１０００
例のカウント数が必要となる。 これに対して、この発
明である、放出粒子の時間間隔ｔを測定して物理乱数を
生成する新しい方式では、計測値1例から10進1桁整数乱
数を1個の生成させることが出来るので、 放射線量は従
来の方法の1000分の１から1万分の１の微量で良い。
【００１０】カードに必要な桁数を12桁、利用者が遅い
と感じない待ち時間即ち乱数生成時間を0.３秒とする
と、 10進1桁整数の乱数を1個を生成するのに必要な時
間は0.025秒となる。平均時間間隔T0=0.025秒即ち1秒間
の平均カウント数が＜N＞＝１／T0＝４０cps（ カウン
ト／秒）となる線源を使用すればよい。 このように、
＜N>が１０−１００cps（カウント／秒）の極微量の線
源を用いて、カードで必要な乱数の桁数と生成時間を自
由に設定することができる。
と感じない待ち時間即ち乱数生成時間を0.３秒とする
と、 10進1桁整数の乱数を1個を生成するのに必要な時
間は0.025秒となる。平均時間間隔T0=0.025秒即ち1秒間
の平均カウント数が＜N＞＝１／T0＝４０cps（ カウン
ト／秒）となる線源を使用すればよい。 このように、
＜N>が１０−１００cps（カウント／秒）の極微量の線
源を用いて、カードで必要な乱数の桁数と生成時間を自
由に設定することができる。
【００１１】この発明で使用するｎＣｉレベルの放射線
量は、法定許容線量の10万分の１であり、環境および人
体への影響は無い。さらに、このＡｍ２４１線源は0.１
mm厚の銅箔で保護されている。α線は0.005 mmの銅で
完全に吸収されるので、安全性に関していかなる問題も
生じない。線源は個々に安全なだけでなく、廃棄物処理
の段階で1万個を集めたとしても、その全放射線線量は1
0μＣｉ程度で、法定許容量の10分の１に過ぎない。
量は、法定許容線量の10万分の１であり、環境および人
体への影響は無い。さらに、このＡｍ２４１線源は0.１
mm厚の銅箔で保護されている。α線は0.005 mmの銅で
完全に吸収されるので、安全性に関していかなる問題も
生じない。線源は個々に安全なだけでなく、廃棄物処理
の段階で1万個を集めたとしても、その全放射線線量は1
0μＣｉ程度で、法定許容量の10分の１に過ぎない。
【００１２】線源として、半減期（最初の量が半分にな
る時間）が永い核種、例えば半減期が432.2年のＡｍ241
の場合、 最初に50cpsの線源を用いると、20年後で49 c
ps、40年で47cpsとなり、変動は極僅かである。このよ
うに、Ａｍは極めて安定であるので、使用済みのもの
は、回収し、何回でも再利用できる。
る時間）が永い核種、例えば半減期が432.2年のＡｍ241
の場合、 最初に50cpsの線源を用いると、20年後で49 c
ps、40年で47cpsとなり、変動は極僅かである。このよ
うに、Ａｍは極めて安定であるので、使用済みのもの
は、回収し、何回でも再利用できる。
【００１３】半減期の短い線源を使用し、そのカウント
数の減少を記録することにより、乱数生成カードの使用
年限を任意に設定することができる。 例えば半減期が1
8.1年のキューリウム２４４（Ｃｍ２４４）や半減期が
2.9年のポロニウム（Po208）を使用すると、例えば3年
経過すると、Cm244のカウント数は最初の９０％に、Po2
08は５０％に減少するので、この減少を検出して乱数生
成カードの使用を自動的に停止することが出来る。以下
に、上記原理による、この発明の実施形態の構成を以下
に説明する。
数の減少を記録することにより、乱数生成カードの使用
年限を任意に設定することができる。 例えば半減期が1
8.1年のキューリウム２４４（Ｃｍ２４４）や半減期が
2.9年のポロニウム（Po208）を使用すると、例えば3年
経過すると、Cm244のカウント数は最初の９０％に、Po2
08は５０％に減少するので、この減少を検出して乱数生
成カードの使用を自動的に停止することが出来る。以下
に、上記原理による、この発明の実施形態の構成を以下
に説明する。
【００１４】自然乱数生成カードの基本回路を、図−１
に示す。 α線源１から放射されるα線は、PINダイオー
ド検出器２により電流に変換され、前置増幅器３により
微少電圧パルス信号となる。この微少な電圧信号は、主
増幅器４で約１５０倍に増幅され、検出が容易な電圧パ
ルス信号となる。波高弁別器５により、種々の雑音から
α線によるパルス信号を弁別する。雑音と完全に分離さ
れたα線によるパルス信号は、パルス整形器６で矩形の
パルス信号に整形され、時間計測器７に送られる。
に示す。 α線源１から放射されるα線は、PINダイオー
ド検出器２により電流に変換され、前置増幅器３により
微少電圧パルス信号となる。この微少な電圧信号は、主
増幅器４で約１５０倍に増幅され、検出が容易な電圧パ
ルス信号となる。波高弁別器５により、種々の雑音から
α線によるパルス信号を弁別する。雑音と完全に分離さ
れたα線によるパルス信号は、パルス整形器６で矩形の
パルス信号に整形され、時間計測器７に送られる。
【００１５】α線の検出に使用するPINダイオード検出
器2は、図−２に示す通り、α線源、P層、I層及びN層が
対面して並ぶ構造にし、これらを0.7mm以内に収納させ
ている。このうちI層は、α線の全エネルギーを吸収さ
せるために30μｍ以上で設計している。
器2は、図−２に示す通り、α線源、P層、I層及びN層が
対面して並ぶ構造にし、これらを0.7mm以内に収納させ
ている。このうちI層は、α線の全エネルギーを吸収さ
せるために30μｍ以上で設計している。
【００１６】パルス整形器６からのパルス信号と次にく
るパルス信号との時間間隔を、時間計測器7で測定す
る。この時間間隔は、時計パルス発生器８のパルスの数
でもって計測する。 時計のパルス巾（最小単位）は1.0
から２.0μ秒で、１−２５６（8ビット）のカウント数
でもって時間間隔を表わす。２５６カウント(256μ秒)
を超える時間は、２５６のカウントを繰り返して残余の
カウント数で表す。
るパルス信号との時間間隔を、時間計測器7で測定す
る。この時間間隔は、時計パルス発生器８のパルスの数
でもって計測する。 時計のパルス巾（最小単位）は1.0
から２.0μ秒で、１−２５６（8ビット）のカウント数
でもって時間間隔を表わす。２５６カウント(256μ秒)
を超える時間は、２５６のカウントを繰り返して残余の
カウント数で表す。
【００１７】図−４に時間間隔を計測して乱数を生成す
る1例を示す。 α線によるパルス信号とパルス信号との
間の時間間隔を、図―３示すように、時計パルスの数で
もって、Nt ：８，４２，３、２７、２５６＋１１、・
・として計測する。1桁自然乱数生成回路９では、時間
計測器７で測定された1から256のカウント数Ntの下の桁
の数を読み取り、０から９の１桁乱数とする。 図―３
の例では、８、２、３、７、１…の1桁整数乱数とな
り、ｎ桁乱数保持器１０に送られる。
る1例を示す。 α線によるパルス信号とパルス信号との
間の時間間隔を、図―３示すように、時計パルスの数で
もって、Nt ：８，４２，３、２７、２５６＋１１、・
・として計測する。1桁自然乱数生成回路９では、時間
計測器７で測定された1から256のカウント数Ntの下の桁
の数を読み取り、０から９の１桁乱数とする。 図―３
の例では、８、２、３、７、１…の1桁整数乱数とな
り、ｎ桁乱数保持器１０に送られる。
【００１８】必要な乱数の桁数は、最初にカードに設定
されている。カードの外から、読み出し信号（スタート
コマンド）があると、その時点から、1桁乱数生成器９
から送られてくる乱数を、順次ｎ個読み取り、そのｎ個
の数列をｎ桁自然乱数保持器１０に記録する。
されている。カードの外から、読み出し信号（スタート
コマンド）があると、その時点から、1桁乱数生成器９
から送られてくる乱数を、順次ｎ個読み取り、そのｎ個
の数列をｎ桁自然乱数保持器１０に記録する。
【００１９】一方、パルス整形器６から送られてくる１
分間当たりのパルスの数を、パルス数計数器１１で計測
する。パルス数比較器１２では、この計数値と、最初に
設定したガウス分布の偏差値とを比較し、検出したパル
ス信号が放射線源によるものか、人工的操作によるもの
かを検定する。 検定結果は、外部からのコマンドによ
り、データー発信器１３により、外部へ送信される。ま
た、パルス数比較器１２では、計測数が、放射線源の半
減期に基ずいて設定したカウント数より小さくなった時
点で、乱数生成カードの使用を自動的に停止させる。
分間当たりのパルスの数を、パルス数計数器１１で計測
する。パルス数比較器１２では、この計数値と、最初に
設定したガウス分布の偏差値とを比較し、検出したパル
ス信号が放射線源によるものか、人工的操作によるもの
かを検定する。 検定結果は、外部からのコマンドによ
り、データー発信器１３により、外部へ送信される。ま
た、パルス数比較器１２では、計測数が、放射線源の半
減期に基ずいて設定したカウント数より小さくなった時
点で、乱数生成カードの使用を自動的に停止させる。
【００２０】図―４は、生成した乱数の一様性を示す図
である。この一様乱数を本人の認証などの暗号に利用す
る。
である。この一様乱数を本人の認証などの暗号に利用す
る。
【図１】乱数生成カードの基本構成を示す全体ブロック
図である。
図である。
【図２】カード用に設計したα線検出用PINダイオード
の構成図である。
の構成図である。
【図３】ランダム・パルスの時間間隔の計測値１例から
１０整数１桁の自然乱数を生成する方式を示す概念図で
ある。
１０整数１桁の自然乱数を生成する方式を示す概念図で
ある。
【図４】生成した乱数が一様乱数であることを示す図で
ある。
ある。
１：α線源 ２：PINダイオード検出器 ３：前置増幅器 ４：主増幅器 ５：波高弁別器 ６：パルス整形器 ７：時間計測器 ８：時計パルス発生器 ９：1桁乱数生成器 10：N桁乱数保持器 11：パルス数計数器 12：パルス数比較器 13：データー発信機
Claims (5)
- 【請求項１】放射線の自然崩壊源によりランダムに放出
される粒子を検出して真のランダム・パルスを発生さ
せ、このパルス信号とパルス信号の時間間隔を計測し、
この計測値1例から１個の10進1桁の整数乱数を連続して
生成させる方式により、ｎCi（ナノキューリ）という極
微弱な放射線源を用いても、必要となった時点で、必要
な速度で必要な桁数の自然乱数を取り出し、本人の認
証、データーの暗号化の処理などに使用することができ
ることを特徴とする自然乱数生成装置。 - 【請求項２】前記装置を構成する、線源、PINダイオー
ド検出器、アナログ回路系、時間計測器、乱数生成回路
系等の部品はすべて、 薄型（0.７ mm）にワンチップ化
して、カードとして携帯できることを特徴とする自然乱
数生成カード。 - 【請求項３】前記装置から所定時間に放出される粒子の
数がガウス分布で近似できることを利用して、計測した
粒子数と前記ガウス分布の偏差値とを比較することによ
り、検出したパルス信号が前記放射線源によるものか人
工的操作など不正によるものかを自己検定できることを
特徴とする請求項２記載の自然乱数生成カード。 - 【請求項４】前記放射線源の強度が、線源固有の半減期
に従って時間とともに減少することを利用して、一定時
間に計測した粒子数が、半減期から算出した使用期間後
の粒子数より減少したことで、カードの使用を停止する
など、使用年限を自由に設定できることを特徴とする請
求項２記載の自然乱数生成カード。 - 【請求項５】請求項３において自己検定した信号を、カ
ードの外部へ送信できるように、赤外発光ダイオード等
の光通信やアンテナ等の無線通信機能を備えていること
を特徴とする請求項２記載の自然乱数生成カード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9363893A JPH11184676A (ja) | 1997-12-18 | 1997-12-18 | 自然乱数生成カード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9363893A JPH11184676A (ja) | 1997-12-18 | 1997-12-18 | 自然乱数生成カード |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11184676A true JPH11184676A (ja) | 1999-07-09 |
Family
ID=18480453
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9363893A Pending JPH11184676A (ja) | 1997-12-18 | 1997-12-18 | 自然乱数生成カード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11184676A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001033333A1 (fr) * | 1999-11-02 | 2001-05-10 | Leisure Electronics Technology Co., Ltd. | Generateur d'impulsions aleatoires de bruit thermique et generateur de nombres aleatoires |
| EP1241564A2 (en) * | 2001-03-12 | 2002-09-18 | Nec Corporation | Random number generator which can generate a random number based on uniform distribution |
| JP2008124906A (ja) * | 2006-11-14 | 2008-05-29 | Meteoola Syst Kk | 認証システム |
| CN104298486A (zh) * | 2014-10-23 | 2015-01-21 | 山东维固信息科技股份有限公司 | 一种嵌入式数据安全系统用soc芯片的随机数发生器 |
| EP3468038A4 (en) * | 2016-05-31 | 2020-01-01 | EYL Inc. | QUANTUM RANDOM PULSE GENERATOR |
-
1997
- 1997-12-18 JP JP9363893A patent/JPH11184676A/ja active Pending
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