專利名稱：一種基于單幅圖像的真隨機(jī)數(shù)序列生成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于單幅圖像的真隨機(jī)數(shù)序列生成方法。
背景技術(shù)：
真隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器建立在一種稱為熵源的不確定性源的基礎(chǔ)上，如熱力學(xué)噪聲、空氣噪聲、核衰變等現(xiàn)象，基于這些源來產(chǎn)生真隨機(jī)數(shù)一般都需要額外的電路或設(shè)備。從成本和便利性等方面來看，這種硬件真隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器的應(yīng)用場合受到限制。基于此，人們提出了基于數(shù)字圖像來產(chǎn)生真隨機(jī)數(shù)的方法，這種軟件真隨機(jī)數(shù)生成器不但廉價(jià)，而且由于數(shù)字圖像幾乎隨處可得，使用非常方便。但是，單幅圖像所能產(chǎn)生的真隨機(jī)數(shù)長度有限，當(dāng)需要較長或者較多的真隨機(jī)數(shù)時(shí)，要輸入多幅圖像才能滿足應(yīng)用要求，且耗時(shí)較長，在時(shí)效要求比較嚴(yán)格的場合應(yīng)用受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種基于單幅圖像的真隨機(jī)數(shù)序列生成方法。

其技術(shù)方案為:一種基于單幅圖像的真隨機(jī)數(shù)序列生成方法，首先取得一幅數(shù)字圖像，對其進(jìn)行前處理操作，包括進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換和裁剪等操作，得到符合尺寸要求的位圖(BMP)格式圖像，將此圖像作為初始熵源圖像；初始熵源圖像經(jīng)過后處理轉(zhuǎn)換、二維到一維(2D-1D)轉(zhuǎn)換生成一組真隨機(jī)數(shù)序列作為輸出；同時(shí)，生成的該組真隨機(jī)數(shù)序列作為反饋，用于對初始熵源圖像進(jìn)行置亂變換處理，生成一幅變換后的新熵源圖像，同樣經(jīng)過后處理轉(zhuǎn)換、2D-1D轉(zhuǎn)換生成下一組真隨機(jī)數(shù)序列。依此類推，將每一輪產(chǎn)生的真隨機(jī)數(shù)序列合并，即可得到所需長度的真隨機(jī)數(shù)序列；或?qū)⒚恳惠喩傻恼骐S機(jī)數(shù)序列依次存入緩存中，由應(yīng)用程序按所需長度進(jìn)行取用。由于對初始熵源圖像進(jìn)行置亂變換處理所用的一個(gè)參數(shù)是上一個(gè)循環(huán)中生成的“01”隨機(jī)數(shù)序列，因此變換后產(chǎn)生的圖像依然具有隨機(jī)性。本發(fā)明所述方法構(gòu)成一個(gè)反饋系統(tǒng):后續(xù)熵源圖像通過系統(tǒng)生成的真隨機(jī)數(shù)序列對初始熵源圖像進(jìn)行變換得到，上一輪生成的真隨機(jī)數(shù)序列作為新熵源圖像產(chǎn)生過程的一個(gè)輸入?yún)?shù)，可保證熵源的不確定性。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果:1、本發(fā)明所述方法選用常見的數(shù)字圖像作為系統(tǒng)的輸入，節(jié)約成本，使用方便。2、本發(fā)明的技術(shù)方案在產(chǎn)生較長的真隨機(jī)數(shù)序列時(shí)，不需要用戶選取大量的圖像，節(jié)省大量人力和時(shí)間。3、本發(fā)明所述方法中，真隨機(jī)數(shù)序列的生成及保存與應(yīng)用程序取用隨機(jī)數(shù)的操作分離進(jìn)行，系統(tǒng)在后臺持續(xù)運(yùn)行，源源不斷地提供真隨機(jī)數(shù)序列，應(yīng)用程序可按需進(jìn)行取用。方便且易于管理。4、本發(fā)明構(gòu)成一個(gè)反饋系統(tǒng):后續(xù)熵源圖像通過系統(tǒng)產(chǎn)生的真隨機(jī)數(shù)序列對初始熵源圖像進(jìn)行變換得到，保證了熵源的不確定性。


圖1為本發(fā)明真隨機(jī)數(shù)生成方法流程示意圖；圖2為BMP圖像尺寸裁剪流程圖；圖3為2D-1D轉(zhuǎn)換操作流程圖；圖4為初始熵源圖像變換處理生成后續(xù)新熵源圖像的操作流程圖；圖5為對應(yīng)動態(tài)鏈接庫的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖具體實(shí)施例來詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案。參照圖1，一種基于單幅圖像的真隨機(jī)數(shù)序列生成方法，首先獲取一幅數(shù)字圖像，對其進(jìn)行前處理操作，包 括進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換和裁剪等操作，得到符合尺寸要求的位圖(BMP)格式圖像，將此圖像作為初始熵源圖像；初始熵源圖像經(jīng)過后處理轉(zhuǎn)換、二維到一維(2D-1D)轉(zhuǎn)換生成一組真隨機(jī)數(shù)序列作為輸出；同時(shí)，生成的該組真隨機(jī)數(shù)序列作為反饋，用于對初始熵源圖像進(jìn)行置亂變換處理，生成一幅變換后的新熵源圖像，同樣經(jīng)過后處理轉(zhuǎn)換、2D-1D轉(zhuǎn)換生成下一組真隨機(jī)數(shù)序列。依此類推，將每一輪產(chǎn)生的真隨機(jī)數(shù)序列合并，即可得到所需長度的真隨機(jī)數(shù)序列。圖2為BMP圖像尺寸裁剪流程圖，對BMP位圖進(jìn)行裁剪操作，裁剪邊長選取標(biāo)準(zhǔn)為:假設(shè)待裁剪圖像大小為MXN，令m等于M、N中較小的值，選取n值，使得式2n彡m < 2n+1成立,則m=2n即為裁剪邊長。對于MXN大小的BMP圖像，判斷M、N值的大小，如果M>N，則令m=N，否則令m=M ；設(shè)i=l，判斷2~i < m&&2' (i+1) >m是否成立,不成立,則令i++,繼續(xù)判斷；如果成立,則以m=2~i為邊長裁剪原圖像，得到尺寸為mXm大小的符合要求的初始熵源圖像。在得到熵源圖像后，需要對其進(jìn)行后處理轉(zhuǎn)換。此操作的目的是對熵源圖像做置亂變換，使像素矩陣變得雜亂無章，更具有隨機(jī)性。此處可選用各種可以產(chǎn)生圖像置亂效果的算法，如Arnold圖像置亂算法，圖像加密置亂算法等。圖3:為2D-1D轉(zhuǎn)換操作流程圖。圖像經(jīng)過后處理轉(zhuǎn)換后，得到一幅置亂后的數(shù)字圖像。將所得圖像的mXm的像素矩陣分割成MXM個(gè)相等的塊，每個(gè)塊中包含(m/M) X (m/M)個(gè)像素點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)每一個(gè)塊中像素值為奇數(shù)的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)，如果為奇數(shù)，則對應(yīng)的真隨機(jī)數(shù)序列位為I，如果是偶數(shù)，則對應(yīng)的真隨機(jī)數(shù)序列位為0，統(tǒng)計(jì)完成之后即可得到一個(gè)MXM長度的“01”隨機(jī)數(shù)序列。如圖4中初始熵源圖像為圖2中得到的符合要求的初始熵源圖像，“01”隨機(jī)數(shù)序列為上一輪產(chǎn)生的真隨機(jī)數(shù)序列(在對初始圖像進(jìn)行初次變換處理時(shí)，由于沒有來自之前產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)序列,可以將所需的隨機(jī)數(shù)序列設(shè)為全0 )，應(yīng)用上一輪中生成的真隨機(jī)數(shù)序列對初始圖像像素點(diǎn)進(jìn)行局部移位，真隨機(jī)數(shù)序列中每L位(L > 5)為I組，前3位指定當(dāng)前鼠標(biāo)點(diǎn)要進(jìn)行偏移的方向，3位有8種情況，分別對應(yīng)上丨，下丨，左一，右一，左上\，左下/，右上/，右下\ 8個(gè)方向，后(L-3)位指定鼠標(biāo)點(diǎn)要進(jìn)行偏移的位移(斜方向取近似值)，循環(huán)調(diào)用真隨機(jī)數(shù)序列對所有的像素點(diǎn)進(jìn)行此種操作，可以得到變換后的新熵源圖像。圖5是對對應(yīng)的動態(tài)鏈接庫內(nèi)部結(jié)構(gòu)的簡單描述:動態(tài)鏈接庫包含2個(gè)對外接口函數(shù)，分別是 TRNG_Thread (string path_image)和 Get_RandNum(int length, char*rand_buf)。TRNG_Thread(string path_image)的功能是產(chǎn)生真隨機(jī)數(shù)序列，通過參數(shù)path_image將數(shù)字圖像的路徑傳入系統(tǒng)，如果路徑不正確，或圖像不能被系統(tǒng)識別，則函數(shù)返回false ;否則進(jìn)入生成真隨機(jī)數(shù)序列的操作，將產(chǎn)生的真隨機(jī)數(shù)依次存入緩沖區(qū)中，如果緩沖區(qū)滿則對其進(jìn)行循環(huán)覆蓋。Get_RandNum(int length, char*rand_buf)的功能是從緩沖區(qū)中獲取真隨機(jī)數(shù)序列，參數(shù)length為所需真隨機(jī)數(shù)序列的長度，參數(shù)rand_buf為用來存放取出的真隨機(jī)數(shù)序列的緩沖區(qū)。另外設(shè)置2個(gè)指針變量，用來保存當(dāng)前緩沖區(qū)中正在寫入和正在讀出的指針位置，I個(gè)長度變量，用來記錄當(dāng)前緩沖區(qū)中真隨機(jī)數(shù)序列的長度。如果調(diào)用函數(shù)Get_RandNum(int length, char*rand_buf)時(shí)，緩沖區(qū)中真隨機(jī)數(shù)序列的長度小于length，則返回false，推遲某一時(shí)間后再重新執(zhí)行。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可顯而易見地得到的技術(shù)方案的簡單變化或等效替換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于單幅圖像的真隨機(jī)數(shù)序列生成方法，其特征在于，首先取得一幅數(shù)字圖像，對其進(jìn)行前處理操作，包括進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換和裁剪等操作，得到符合尺寸要求的位圖BMP格式圖像，將此圖像作為初始熵源圖像；初始熵源圖像經(jīng)過后處理轉(zhuǎn)換、二維到一維轉(zhuǎn)換生成一組真隨機(jī)數(shù)序列作為輸出；同時(shí)，生成的該組真隨機(jī)數(shù)序列作為反饋，用于對初始熵源圖像進(jìn)行置亂變換處理，生成一幅變換后的新熵源圖像，同樣經(jīng)過后處理轉(zhuǎn)換、二維到一維轉(zhuǎn)換生成下一組真隨機(jī)數(shù)序列,依此類推,將每一輪產(chǎn)生的真隨機(jī)數(shù)序列合并，即可得到所需長度的真隨機(jī)數(shù)序列；或?qū)⒚恳惠喩傻恼骐S機(jī)數(shù)序列依次存入緩存中，由應(yīng)用程序按所需長度進(jìn)行取用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單幅圖像的真隨機(jī)數(shù)序列生成方法，其特征在于，所述方法構(gòu)成一個(gè)反饋系統(tǒng):后續(xù)熵源圖像通過系統(tǒng)生成的真隨機(jī)數(shù)序列對初始熵源圖像進(jìn)行變換得到，上一輪生成的真隨機(jī)數(shù)序列作為新熵源圖像產(chǎn)生過程的一個(gè)輸入?yún)?shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于單幅圖像的真隨機(jī)數(shù)序列生成方法，首先取得一幅數(shù)字圖像，對其進(jìn)行前處理操作，包括進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換和裁剪等操作，得到符合尺寸要求的位圖BMP格式圖像，將此圖像作為初始熵源圖像；初始熵源圖像經(jīng)過后處理轉(zhuǎn)換、二維到一維轉(zhuǎn)換生成一組真隨機(jī)數(shù)序列作為輸出；同時(shí)，生成的該組真隨機(jī)數(shù)序列作為反饋，用于對初始熵源圖像進(jìn)行置亂變換處理，生成一幅變換后的新熵源圖像，同樣經(jīng)過后處理轉(zhuǎn)換、二維到一維轉(zhuǎn)換生成下一組真隨機(jī)數(shù)序列，依此類推，將每一輪產(chǎn)生的真隨機(jī)數(shù)序列合并，即可得到所需長度的真隨機(jī)數(shù)序列；或?qū)⒚恳惠喩傻恼骐S機(jī)數(shù)序列依次存入緩存中，由應(yīng)用程序按所需長度進(jìn)行取用。
文檔編號G06F7/58GK103092567SQ20131001511
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月16日
發(fā)明者劉剛, 王泉, 杜沖, 田冬東, 張敬, 佘陳承 申請人:西安電子科技大學(xué)