RU2815827C1 - Генератор псевдослучайных чисел - Google Patents
Генератор псевдослучайных чисел Download PDFInfo
- Publication number
- RU2815827C1 RU2815827C1 RU2023115080A RU2023115080A RU2815827C1 RU 2815827 C1 RU2815827 C1 RU 2815827C1 RU 2023115080 A RU2023115080 A RU 2023115080A RU 2023115080 A RU2023115080 A RU 2023115080A RU 2815827 C1 RU2815827 C1 RU 2815827C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- exclusive
- delay element
- differentiator
- Prior art date
Links
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000000306 recurrent effect Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в сокращении аппаратурных затрат и повышении эффективности по информационной энтропии. Генератор псевдослучайных чисел состоит из рекурсивного полиномного блока, интегратора, блока сравнения и дифференциатора, причем первый и второй выходы рекурсивного полиномного блока соединены с первым и вторым входами интегратора, выход которого подключен ко входу дифференциатора, блока сравнения и является первым выходом устройства, а выход дифференциатора является вторым выходом устройства. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для параллельной реализации систем многозначных функций алгебры логики (МФАЛ) в средствах криптографической защиты информации.
Описание аналогов
Известно устройство получения псевдослучайных последовательностей, элементы которых принадлежат алфавиту из q символов (q - простое число или степень простого числа), основанные на применении переключательных схем специального вида, называемых линейными рекуррентными регистрами сдвига с обратной связью (ЛРРС) [MacWilliams F., Sloane N. Pseudo-random sequences and arrays, Proc. IEEE, 64, pp. 1715-1729, 1976; LidI R., Niederreiter H. Introduction to finite fields and their applications, Cambridge: Cambridge Univ. Press, 1987]. Построение ЛРРС над GF(q) (далее q-ЛРРС) осуществляется по заданному многочлену:
Р(z)= zr ⊕pr-1zr-1⊕pr-2zr-2⊕…⊕p0(mod q),
Недостатком аналога является высокие аппаратурные затраты.
Наиболее близким по сущности технического решения заявленному устройству является вычислительное устройство по патенту РФ на изобретение №2762209, вычислительное устройство, включающее в себя блоки памяти, предназначенные для хранения коэффициентов полиномов избыточной числовой нормальной формы, входы которых являются входами устройства, к которым подключена шина подачи булевых переменных, выходы которых соединены с входами многоместных сумматоров, выходы которых соединены с информационными входами многоканальных мультиплексоров. Недостатком данного устройства является значительные аппаратурные затраты, в том числе блоков памяти.
Техническим результатом изобретения является сокращение аппаратурных затрат и повышение эффективности по информационной энтропии. В частности, проверка устройства осуществлялась по вычислению минимальной информационной энтропии исходной последовательности длиной 1000000 значений в соответствие с NIST SP 800-90 В. Был использован оценщик MCV (Most Common Value). Данный способ оценки дал результат минимальной информационной энтропии равный 0.996, что является крайне высоким значением, так как идеальная энтропия (полное отсутствие информации) равна единице. Также был использован оценщик, использующий цепи Маркова. Данный способ оценки дал результат минимальной информационной энтропии равный 0.989. Что является также крайне высоким показателем. Данные проверки указывают на очень высокую эффективность устройства.
Указанный технический результат обеспечивается за счет того, что устройство, включающее полином с коэффициентами (прототип), отличающееся тем, что полиномный блок 1 представляет собой рекурсивный без коэффициентов, а также интегратор 2, блок сравнения 3 и дифференциатор 4, выходы 5 и 6 блока 1 соединены со входами 7 и 8 интегратора 2 соответственно, выход 9 которого подключен ко входу 10 блока сравнения 3, выход 11 которого является выходом 12 устройства. Выход 9 интегратора соединен со входом 13 дифференциатора 4, выход 14 которого является вторым выходом 15 устройства.
На рис. 1 - показана структурная схема заявленного генератора случайных чисел.
На рис. 2 - представлена функциональная схема рекурсивного полиномного блока.
На рис. 3 - битовая последовательность на выходе 12.
На рис. 4 - многоразрядная последовательность на выходе 15.
Рекурсивный полиномный блок по рис. 2 включает в себя элементы задержки 16, 17, 18, 19 и 20. Логические элементы - исключающие ИЛИ - 21, 22 и 23, инверторы 24 и 25, два выхода - 26 и 27. Выход 28 элемента задержки 16 соединен со входом 29 элемента задержки 17 и со входом 30 исключающего ИЛИ 22, а выход 31 элемента задержки 17 подключен ко входу 32 исключающего ИЛИ 21, второй вход 33 которого соединен со входом 34 элемента задержки 19 и входом 35 исключающего ИЛИ 23. Выход 36 элемента задержки 18 подключен ко 37 инвертора 25, выход 37 которого со входом 39 исключающего ИЛИ 23 является выходом 27 (выход 6 на рисунке 1) блока 1. Выход 40 исключающего ИЛИ 21 соединен со входом 41 элемента задержки 18, вход 42 элемента задержки 19 подключен к выходу 43 исключающего ИЛИ 22 и является выходом 26 (выход 5 на рисунке 1) блока 1, а выход 44 исключающего ИЛИ 23 соединен со входом 45 инвертора 24, выход 46 которого подключен ко входу 47 элемента задержки 20, выход 48 которого соединен со входом 49 элемента задержки 16 и входом 50 исключающего ИЛИ 22.
Устройство работает следующим образом. Рекурсивный полиномный блок 1 формирует некую последовательность битовых сигналов. С выхода 28 элемента задержки 16 в начальный момент на вход 29 элемента задержки 17 поступает сигнал инициации, который далее поступает на вход 30 исключающего ИЛИ 22 и через время задержки (цифровой сигнал сдвига на определенное число периодов тактового сигнала) на вход 32 исключающего ИЛИ 21, на второй вход 33 которого также через элемент задержки 19 поступает сигнал. При этом через исключающее ИЛИ 23, инвертор 24 и элемент задержки 20 замыкается первая обратная связь на входе 49 элемента задержки 16. Вторая обратная связь замыкается через исключающее ИЛИ 21, элемент задержки 18, инвертор 25 на вход 39 исключающего ИЛИ 23. Две битовые последовательности с выхода 27 (выход 6 на рисунке 1 блока 1) и выхода 26 (выход 5 на рисунке 1 блока 1) поступают на интегратор 2 (рисунок 1). В частности, интеграторов может быть несколько, включенных последовательно. С выхода 9 интегратора 2 сигнал поступает на блок сравнения 3 (вход 10). Блок сравнения 3 обеспечивает последовательность битовую на первый выход 12 (величина константы сравнения определяется в зависимости от требований заказчика). С выхода 9 интегратора 2 сигнал также поступает на вход 13 дифференциатора 4, на выходе которого 14 формируется многоразрядное слово, поступающее на выход 15 устройства. Разрядность выходного слова зависит от числа интеграторов и дифференциаторов в блоках 2 и 4 соответственно. На рисунках 3 и 4 представлены битовые и многоразрядные последовательности генератора случайных чисел при моделировании.
Claims (2)
1. Генератор псевдослучайных чисел, состоящий из рекурсивного полиномного блока, интегратора, блока сравнения и дифференциатора, причем первый и второй выходы рекурсивного полиномного блока соединены с первым и вторым входами интегратора, выход которого подключен ко входу дифференциатора, блока сравнения и является первым выходом устройства, а выход дифференциатора является вторым выходом устройства.
2. Генератор псевдослучайных чисел по п. 1, отличающийся тем, что рекурсивный полиномный блок включает в себя элементы задержки, логические элементы исключающее ИЛИ и инверторы, при этом выход первого элемента задержки соединен со входом второго элемента задержки и первым входом первого исключающего ИЛИ, выход которого подключен ко входу третьего элемента задержки и первому выходу рекурсивного полиномного блока, а выход третьего элемента задержки соединен с первым входом второго исключающего ИЛИ и первым входом третьего исключающего ИЛИ, выход второго исключающего ИЛИ подключен ко входу четвертого элемента задержки, выход которого соединен со входом первого инвертора, выход которого подключен ко второму входу третьего исключающего ИЛИ и является вторым выходом рекурсивного полиномного блока, выход третьего исключающего ИЛИ подключен ко входу второго инвертора, выход которого соединен со входом пятого элемента задержки, выход которого подключен ко входу первого элемента задержки.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2815827C1 true RU2815827C1 (ru) | 2024-03-22 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2408059C2 (ru) * | 2009-02-12 | 2010-12-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского" | Генератор импульсов случайной длительности |
US20130243192A1 (en) * | 2012-03-16 | 2013-09-19 | Paul de Roulet | Cryptographically Secure Pseudorandom Number Generator |
RU2756833C1 (ru) * | 2020-12-29 | 2021-10-06 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Генератор псевдослучайных чисел |
RU2762209C1 (ru) * | 2021-03-23 | 2021-12-16 | федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Краснодарское высшее военное орденов Жукова и Октябрьской Революции Краснознаменное училище имени генерала армии С.М. Штеменко" Министерства обороны Российской Федерации | УСТРОЙСТВО ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ФОРМИРОВАНИЯ q-ЗНАЧНЫХ ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ НА АРИФМЕТИЧЕСКИХ ПОЛИНОМАХ |
RU2776346C1 (ru) * | 2021-07-08 | 2022-07-19 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Генератор псевдослучайных чисел |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2408059C2 (ru) * | 2009-02-12 | 2010-12-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского" | Генератор импульсов случайной длительности |
US20130243192A1 (en) * | 2012-03-16 | 2013-09-19 | Paul de Roulet | Cryptographically Secure Pseudorandom Number Generator |
RU2756833C1 (ru) * | 2020-12-29 | 2021-10-06 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Генератор псевдослучайных чисел |
RU2762209C1 (ru) * | 2021-03-23 | 2021-12-16 | федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Краснодарское высшее военное орденов Жукова и Октябрьской Революции Краснознаменное училище имени генерала армии С.М. Штеменко" Министерства обороны Российской Федерации | УСТРОЙСТВО ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ФОРМИРОВАНИЯ q-ЗНАЧНЫХ ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ НА АРИФМЕТИЧЕСКИХ ПОЛИНОМАХ |
RU2776346C1 (ru) * | 2021-07-08 | 2022-07-19 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Генератор псевдослучайных чисел |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Campobello et al. | Parallel CRC realization | |
Mastrovito | VLSI designs for multiplication over finite fields GF (2m) | |
US4493046A (en) | Apparatus for generation of binary pseudo-random numbers | |
Dubrova | A list of maximum-period NLFSRs | |
US4691291A (en) | Random sequence generators | |
US8880574B2 (en) | State machine and generator for generating a description of a state machine feedback function | |
Muthiah et al. | Implementation of high-speed LFSR design with parallel architectures | |
Van Daalen et al. | Device for generating binary sequences for stochastic computing | |
Masoodi et al. | An analysis of linear feedback shift registers in stream ciphers | |
Hariri et al. | Concurrent error detection in montgomery multiplication over binary extension fields | |
Wang et al. | Linear feedback shift register design using cyclic codes | |
US6560727B1 (en) | Bit error rate tester using fast parallel generation of linear recurring sequences | |
Massey et al. | Linear complexity in coding theory | |
RU2815827C1 (ru) | Генератор псевдослучайных чисел | |
Dubrova et al. | A BDD-based approach to constructing LFSRs for parallel CRC encoding | |
Tsalides | Cellular automata-based built-in self-test structures for VLSI systems | |
US7383295B2 (en) | Selective sequence generation method and apparatus | |
RU2446444C1 (ru) | Генератор псевдослучайных последовательностей | |
Spencer | Pseudorandom Bit Generators from Enhanced Cellular Automata. | |
PV et al. | Design and implementation of efficient stochastic number generator | |
RU2815828C1 (ru) | Устройство генерации псевдослучайных чисел | |
RU2812094C1 (ru) | Устройство генерации псевдослучайных чисел | |
Shivakumar et al. | Design of a 1.9 GHz low-power LFSR circuit using the Reed-Solomon algorithm for Pseudo-Random Test Pattern Generation | |
Vivelid | Nonlinear feedback shift registers and generating of binary de Bruijn sequences | |
Mozhi et al. | Efficient bit-parallel systolic multiplier over GF (2 m) |