[发明专利]一种基于单片机随机源工作参数的真随机数产生器及产生方法

说明书

本发明提供了一种基于单片机随机源工作参数的真随机数产生器及产生方法，该方法通过调用系统时间T_sys作为种子来计算随机源的设备编号N_equipment及其工作参数编号N_parameter，然后驱动相应的模块对设备的工作参数进行采集，将所得的真随机数TNG₁，TNG₂，TNG₃...TNG_n发送到上位机，真随机数的数量n与操作员输入的所需随机数数量N_random相等，操作人员判断此次得到的真随机数是否满足重复率和数量的要求，当满足要求时由上位机对真随机数进行格式化处理，当不满足重复率和数量要求时，上位机将真随机数作为种子代入相关算法再产生一定数量的伪随机数，最后经过上位机进行格式化处理后，将所得的随机数提供给所需设备。本发明能够满足真随机数的同时，又能够满足对于随机数的数量要求，且采用技术十分成熟的ADC采集电路，原理结构比较简单，对于需要大量随机数的场景具有较大的应用意义。

技术领域

本发明由单片机，电压采样电路，电流采样电路，功率采样电路，降压电路，整流滤波电路，运放电路，上位机控制软件以及现场电子设备组成，涉及一种基于单片机随机源工作参数的真随机数产生器及产生方法，上位机调用系统时间发给随机数发生器，根据系统时间计算当前系统中确定设备在确定时刻的确定工作参数，将此刻所得的设备工作参数作为此刻所需随机数，在系统启动前，由操作人员先安装好随机数发生器，然后通过上位机获取当前系统中的时间，上位机将此刻的时间发送到单片机，单片机根据时间函数算法计算出本次选取的电子设备编号以及电子设备在此时刻的工作参数(电压、电流、功率)编号作为本次的随机数，再将随机数发送到上位机，由上位机对随机数进行所需要的格式化处理完成一次随机数的采集。

背景技术

真随机数在统计模拟随机抽样、专用算法、通信加密和动态证书等领域中具有重要的作用，尤其在通信领域，真随机数是动态密码产生、密钥产生、动态证书签名的重要组成部分。常见的随机数发生器有两种，使用数学算法的伪随机数发生器和以物理随机量作为发生源的真随机数发生器，伪随机数发生器产生的随机数重复率较高，从而导致随机数分布不均衡，且容易被破解，真随机数发生器基于特定的真随机数发生源，每次获取的真随机数都是不可测的，具有很好的随机性。但目前硬件真随机数发生源均较复杂，而且很少有基于单片机的真随机数发生器。构建一种软硬结合的真随机数发生器，具有广泛的应用价值。该随机数发生器结构简单，价格低廉，通过软硬结合的方式，提高了产生效率，拓宽了应用范围，对一些需要大量随机数的场景具有较大的应用意义。

传统的真随机数发生器通常利用自然界的物理随机过程作为随机源，这往往需要采用特殊的工艺和严格的环境，大大提高了成本且随机数产生的效率也不高，且随着设备精确度和所需随机数数量的增加，设备的成本也不断增加，因此需要一种产生真随机数的处理方法。

无论在物联网领域和工业控制领域，分布着大量的传感器，这些传感器在工作状态下工作参数一定会发生变化，因此本发明采用ADC转换模拟输入电压、电流、功率来产生数字输出，同时结合上位机读取系统的时间作为选择函数，通过软硬结合的方式，来产生真随机数和一定数量的伪随机数。

发明内容

为了应对伪随机数重复率高，易遭破解，真随机数发生器结构复杂成本高的缺点，本发明创新性的将软硬件结合起来，将得到的真随机数作为种子来产生一定数量的伪随机数。首先由上位机调用系统的时间发到随机数产生器，由随机数产生器根据系统的时间计算当前需要读取随机数源的数据，并将随机数发送给上位机，上位机进行所需要的随机数格式转换，完成一次随机数的采集。其特征在于以下步骤：

(1)工作人员在系统启动前安装好随机数发生器，并将随机数发生器与上位机连接；

(2)操作人员需要产生随机数时，将上位机读取系统时间T_sys和本次需要的随机数个数N_random发送给随机数发生器；