TRNG真随机数生成(true random number generator)

本文介绍了真随机数生成的基本原理,包括伪随机数与真随机数的区别,以及真随机数生成过程中的熵生成和熵提取两个关键步骤。文章还详细讨论了几种经典的熵提取算法,如冯诺依曼运算和使用哈希函数。

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1、概述随机数

生成一个真正随机的数并非易事,常用的伪随机数的生成用的是模余法,大致是这样的公式:
Rn=(Rn1A+C)modB
ABC都是常数,Rn为产生的随机数,Rn1为上一拍的随机数,从这个可以看出,这种算法产生的随机数并不足够随机,与初始状态有关,初始状态定了,随机序列也就定了。
真随机数顾名思义就是真正的随机数,比如我们掷骰子,产生的就是真正的随机数,但我们总不能为了产生随机数去掷骰子吧,还好有很多很天然的随机数,比如热噪声、键盘的输入、鼠标的位置,这些都是随机的,但是这些随机的信号直接拿来做随机数也不一定就很随机,比如热噪声在频谱上并不是白噪声,而可能是有色噪声,鼠标的位置前后会有关联,一段时期可能在一个区域,所以这些随机信号并不能直接拿来作为随机数,而是需要经过处理。

2、真随机数生成

在真随机数的生成里,把随机数的生成分成两个部分,第一个部分称之为熵生成,指的就是前面说的各类噪声,第二部分就是熵提取,指的就是把噪声数据进行变化。
在熵提取算法里,有几个比较经典的算法:

2.1冯诺依曼运算

这个运算比较有意思,就是对于输入的一串0、1比特,两个两个的一组,如果输入是00或者11就不输出,如果输入的是10就输出1,如果输入的是01就输出0

2.2用hash函数

SHA-1或者MD5都是可选项,个人认为国密的SM3也是可以的。

3、小结

真随机数的生成大致就是这么一个原理,具体的应用实现就可以大胆创新了,比如,有人就在利用HASH函数上下功夫,有的用几个HASH的组合,随机决定用哪个HASH。

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