本實(shí)用新型涉及信息安全、系統(tǒng)仿真和隨機(jī)過程領(lǐng)域，尤其涉及一種真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器及真隨機(jī)數(shù)生成裝置。

背景技術(shù)：

產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)有多種不同的方法，基于這些方法的軟件或裝置即隨機(jī)數(shù)生成器。隨機(jī)數(shù)最重要的特性是它本次產(chǎn)生的數(shù)字與之前產(chǎn)生的數(shù)字并無關(guān)系。真正的隨機(jī)數(shù)是使用自然現(xiàn)象產(chǎn)生的，無法人為的預(yù)測(cè)與控制，這樣的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器叫做真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，它們的缺點(diǎn)是技術(shù)要求比較高。

在實(shí)際應(yīng)用中往往使用偽隨機(jī)數(shù)就可以了，這些數(shù)列是“似乎”隨機(jī)的數(shù)，實(shí)際上它們是通過一個(gè)固定的、可以重復(fù)的計(jì)算方法產(chǎn)生的。它們不是真正地隨機(jī)，因?yàn)樗鼈儗?shí)際上是可以計(jì)算出來的，但是它們具有類似于隨機(jī)數(shù)的統(tǒng)計(jì)特征。這樣的發(fā)生器叫做偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器。在真正關(guān)鍵性的應(yīng)用中，比如在密碼學(xué)中，使用真正的隨機(jī)數(shù)會(huì)更加安全；比如在一些系統(tǒng)仿真過程中，使用真正的隨機(jī)數(shù)會(huì)使仿真的結(jié)果更具有實(shí)際意義。在特殊的應(yīng)用領(lǐng)域，真隨機(jī)數(shù)的作用不是偽隨機(jī)數(shù)可以替代的。

計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)都是偽隨機(jī)數(shù)，對(duì)于需要產(chǎn)生真隨機(jī)數(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景往往不能滿足；而產(chǎn)生真隨機(jī)數(shù)的裝置，如采用物理隨機(jī)過程產(chǎn)生的真隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器，往往存在組成復(fù)雜，成本也高，便攜性差，產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的速度不夠快。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本實(shí)用新型的一個(gè)目的在于提出一種基于氣體傳感器的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器。

本實(shí)用新型的另一個(gè)目的在于提出一種具有該真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的真隨機(jī)數(shù)生成裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，一方面，根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的基于氣體傳感器的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，包括：

噪聲發(fā)生單元，所述噪聲發(fā)生單元包括用以產(chǎn)生具有隨機(jī)噪聲的模擬信號(hào)的電阻型氣體傳感器；

線性穩(wěn)壓器，用以為所述噪聲發(fā)生單元提供直流工作電壓；

采集器，用于根據(jù)所述模擬信號(hào)計(jì)算所述電阻型氣體傳感器的電阻值，以及將所述電阻值的至少部分?jǐn)?shù)字作為真隨機(jī)數(shù)輸出。

另外，根據(jù)本實(shí)用新型上述實(shí)施例真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述噪聲發(fā)生單元還包括負(fù)載電阻，所述負(fù)載電阻的一端與所述電阻型氣體傳感器的一端相連，所述負(fù)載電阻的另一端接地，所述電阻型氣體傳感器的另一端與所述線性穩(wěn)壓器相連，所述負(fù)載電阻和所述電阻型氣體傳感器之間的節(jié)點(diǎn)與所述采集器的輸入端相連。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述噪聲發(fā)生單元為多個(gè)，所述采集器具有多個(gè)采集通道，多個(gè)所述采集通道與多個(gè)所述噪聲發(fā)生單元一一對(duì)應(yīng)，每個(gè)所述采集通道根據(jù)對(duì)應(yīng)的所述噪聲發(fā)生單元輸出的所述模擬信號(hào)計(jì)算所述對(duì)應(yīng)的所述噪聲發(fā)生單元中電阻型氣體傳感器的電阻值，所述采集器將各個(gè)所述電阻值的所述至少部分?jǐn)?shù)字組合作為真隨機(jī)數(shù)序列輸出。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述至少部分?jǐn)?shù)字為所述電阻值中小數(shù)點(diǎn)后的尾數(shù)。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，所述線性穩(wěn)壓器提供的直流工作電壓為3.3V，所述負(fù)載電阻為10KΩ。

另一方面，根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的真隨機(jī)數(shù)生成裝置，包括：

如上所述的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器；

處理單元，與所述真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器相連，用于對(duì)所述真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器輸出的真隨機(jī)數(shù)按照預(yù)定方式組合排列以生成真隨機(jī)數(shù)列；

輸出接口，與所述處理單元相連，用以將所述真隨機(jī)數(shù)列輸出至目標(biāo)設(shè)備。

根據(jù)本實(shí)用新型提供的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器及真隨機(jī)數(shù)生成裝置，是基于電阻型氣體傳感器與氣體接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)過程中，由于氣體分子吸附/脫附現(xiàn)象引起的電阻型氣體傳感器的電阻發(fā)生變化原理實(shí)現(xiàn)的，由于電阻型氣體傳感器反應(yīng)過程中其電阻變化動(dòng)態(tài)范圍從幾十歐姆到幾十兆歐姆之間變化，極微小的環(huán)境擾動(dòng)(如溫度，濕度，氣體分子的種類和濃度的改變)將引起其電阻值的變化超過1歐，化學(xué)反應(yīng)的過程是動(dòng)態(tài)的，具有一定的隨機(jī)性；且測(cè)量過程中的精度誤差也會(huì)造成其電阻測(cè)量值的不確定性，計(jì)算得到的測(cè)量值(單位：歐)的小數(shù)部分更加具有不可確定性，使用多個(gè)這樣的尾數(shù)構(gòu)成的數(shù)字即為真隨機(jī)數(shù)。同時(shí)，本實(shí)用新型中采集器的采集速度決定生成真隨機(jī)數(shù)的速度，所以可以快速的產(chǎn)生真隨機(jī)數(shù)；而且，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便攜易用，使用電阻型氣體傳感器成本低廉。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的方框圖；

圖2是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的示意圖；

圖3是本實(shí)用新型另一個(gè)實(shí)施例真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的示意圖；

圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例真隨機(jī)數(shù)生成裝置的示意圖。

本實(shí)用新型目的的實(shí)現(xiàn)、功能特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，參照附圖做進(jìn)一步說明。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本實(shí)用新型，而不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。

在本實(shí)用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”、“順時(shí)針”、“逆時(shí)針”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。

此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本實(shí)用新型的描述中，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上，除非另有明確具體的限定。

在本實(shí)用新型中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本實(shí)用新型中的具體含義。

參照?qǐng)D1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器100，包括噪聲發(fā)生單元10、線性穩(wěn)壓器11及采集器12。

具體的，噪聲發(fā)生單元10包括用以產(chǎn)生具有隨機(jī)噪聲的模擬信號(hào)的電阻型氣體傳感器101，也就是說，噪聲發(fā)生單元10采用電阻型氣體傳感器101產(chǎn)生具有隨機(jī)噪聲的模擬信號(hào)。

由于電阻型氣體傳感器101具有以下隨機(jī)因素，其一、電阻型氣體傳感器101的電阻的隨機(jī)熱噪聲和線性穩(wěn)壓器提供的電壓具有波紋導(dǎo)致的隨機(jī)因素；其二、電阻型氣體傳感器101與氣氛接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)過程中的電阻值的微小波動(dòng)的不可確定性導(dǎo)致的隨機(jī)因素；其三、電阻型氣體傳感器101與氣氛發(fā)生化學(xué)反應(yīng)過程中的電阻值的變化受溫濕度影響導(dǎo)致的隨機(jī)因素；其四、采用計(jì)算得到的電阻型氣體傳感器101的電阻值的小數(shù)點(diǎn)后的尾數(shù)部分的隨機(jī)因素。所以，根據(jù)上述隨機(jī)因素計(jì)算得到的多個(gè)電阻型氣體傳感器101的電阻值具有隨機(jī)性。

線性穩(wěn)壓器11用以為所述噪聲發(fā)生單元10提供直流工作電壓。

采集器12用于根據(jù)所述模擬信號(hào)計(jì)算所述電阻型氣體傳感器101的電阻值，以及將所述電阻值的至少部分?jǐn)?shù)字作為真隨機(jī)數(shù)輸出。

也就是說，采集器12采集噪聲發(fā)生單元10輸出的帶有隨機(jī)噪聲的模擬信號(hào)經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號(hào)，并根據(jù)該數(shù)字信號(hào)計(jì)算出電阻型氣體傳感器101的電阻值。如上所述，由于根據(jù)上述隨機(jī)因素計(jì)算得到的電阻型氣體傳感器101的電阻值具有隨機(jī)性，電阻值的變化是隨機(jī)的，所以，可以利用電阻值中的數(shù)字作為真隨機(jī)數(shù)。

作為優(yōu)選地，所述至少部分?jǐn)?shù)字為所述電阻值中小數(shù)點(diǎn)后的尾數(shù)。該電阻值通常是一個(gè)包含小數(shù)部分的有理數(shù)，可以精確到小數(shù)點(diǎn)后幾位(例如后兩位)，而且，對(duì)于小數(shù)部分的數(shù)字的隨機(jī)性更好，因此，在本實(shí)用新型的一個(gè)示例中，可以取小數(shù)點(diǎn)后幾位的數(shù)字作為隨機(jī)數(shù)。

根據(jù)本實(shí)用新型提供的基于氣體傳感器真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器100，是基于電阻型氣體傳感器101與氣體接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)過程中，由于氣體分子吸附/脫附現(xiàn)象引起的電阻型氣體傳感器101的電阻發(fā)生變化原理實(shí)現(xiàn)的，由于電阻型氣體傳感器101反應(yīng)過程中其電阻變化動(dòng)態(tài)范圍從幾十歐姆到幾十兆歐姆之間變化，極微小的環(huán)境擾動(dòng)(如溫度，濕度，氣體分子的種類和濃度的改變)將引起其電阻值的變化超過1歐，化學(xué)反應(yīng)的過程是動(dòng)態(tài)的，具有一定的隨機(jī)性；且測(cè)量過程中的精度誤差也會(huì)造成其電阻測(cè)量值的不確定性，計(jì)算得到的測(cè)量值(單位：歐)的小數(shù)部分更加具有不可確定性，使用多個(gè)這樣的尾數(shù)構(gòu)成的數(shù)字即為真隨機(jī)數(shù)。同時(shí)，本實(shí)用新型中采集器12的采集速度決定生成真隨機(jī)數(shù)的速度，所以可以快速的產(chǎn)生真隨機(jī)數(shù)；而且，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便攜易用，使用電阻型氣體傳感器101成本低廉。

參照?qǐng)D2所示，本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，噪聲發(fā)生單元10還包括負(fù)載電阻102，所述負(fù)載電阻102的一端與所述電阻型氣體傳感器101的一端相連，所述負(fù)載電阻102的另一端接地，所述電阻型氣體傳感器101的另一端與所述線性穩(wěn)壓器11相連，所述負(fù)載電阻102和所述電阻型氣體傳感器101之間的節(jié)點(diǎn)與所述采集器12的輸入端相連。

也就是說，可以通過采集器12采集負(fù)載電阻102和電阻型氣體傳感器101之間的節(jié)點(diǎn)的電壓Vout，再根據(jù)線性穩(wěn)壓器11提供的直流工作電壓Vref、采集器12采集負(fù)載電阻102和電阻型氣體傳感器101之間的節(jié)點(diǎn)的電壓Vout及負(fù)載電阻102的電阻值R_L，計(jì)算得到電阻型氣體傳感器101的電阻值RS，具體的，根據(jù)歐姆定律可知：

R_S＝(Vref-Vout)/Vout*R_L。

可以理解的是，電阻型氣體傳感器101的數(shù)量可以根據(jù)具體應(yīng)用中所需的真隨機(jī)數(shù)的數(shù)量確定。參照?qǐng)D3所示，在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，噪聲發(fā)生單元10為多個(gè)，所述采集器12具有多個(gè)采集通道，多個(gè)所述采集通道與多個(gè)所述噪聲發(fā)生單元10一一對(duì)應(yīng)，每個(gè)所述采集通道根據(jù)對(duì)應(yīng)的所述噪聲發(fā)生單元10輸出的所述模擬信號(hào)計(jì)算所述對(duì)應(yīng)的所述噪聲發(fā)生單元10中電阻型氣體傳感器101的電阻值，所述采集器將各個(gè)所述電阻值的所述至少部分?jǐn)?shù)字組合作為真隨機(jī)數(shù)序列輸出，也即是，真隨機(jī)數(shù)序列是由多個(gè)電阻值的小數(shù)點(diǎn)后尾數(shù)組成。

也就是說，采用多個(gè)噪聲發(fā)生單元10并聯(lián)形成噪聲發(fā)生單元陣列，并且每個(gè)噪聲發(fā)生單元10對(duì)應(yīng)利用一個(gè)采集通道采集其模擬信號(hào)，并根據(jù)該模擬信號(hào)計(jì)算出該噪聲發(fā)生單元10中電阻型氣體傳感器101的電阻值。如此，多個(gè)噪聲發(fā)生單元10即可形成更多的真隨機(jī)數(shù)，以便于滿足需要真隨機(jī)數(shù)的數(shù)量較大的場(chǎng)合。如圖3示例中，若以每個(gè)采樣通道采集的模擬信號(hào)計(jì)算得到的電阻值的小數(shù)點(diǎn)后兩位數(shù)字作為真隨機(jī)數(shù)序列的組成部分，則四個(gè)采集通道就可以形成一個(gè)八位隨機(jī)數(shù)。

更為有利的，線性穩(wěn)壓器11提供的直流工作電壓為3.3V，所述負(fù)載電阻102為10KΩ。

參照?qǐng)D4所示，本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種真隨機(jī)數(shù)生成裝置200，包括處理單元21、輸出接口22及如上述實(shí)施例所述的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器100。

處理單元21與所述真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器100相連，用于對(duì)所述真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器100輸出的真隨機(jī)數(shù)按照預(yù)定方式組合排列以生成真隨機(jī)數(shù)列。

輸出接口22與所述處理單元21相連，用以將所述真隨機(jī)數(shù)序列輸出至目標(biāo)設(shè)備。該輸出接口22可以是USB接口等。

也就是說，真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器100生成的多個(gè)真隨機(jī)數(shù)通過處理單元21按照預(yù)定邏輯排列形成真隨機(jī)數(shù)列，該真隨機(jī)數(shù)列再通過輸出接口22輸出至目標(biāo)設(shè)備。例如圖4示例中，四個(gè)采集通道形成的四個(gè)真隨機(jī)數(shù)(每個(gè)真隨機(jī)數(shù)為2位)通過處理單元21進(jìn)行排列后即可形成一個(gè)真隨機(jī)數(shù)序列(共8位數(shù))。

根據(jù)本實(shí)用新型提供真隨機(jī)數(shù)生成裝置200，具有上述真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器100，該真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器100是基于電阻型氣體傳感器101與氣體接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)過程中，由于氣體分子吸附/脫附現(xiàn)象引起的電阻型氣體傳感器101的電阻發(fā)生變化原理實(shí)現(xiàn)的，由于電阻型氣體傳感器101反應(yīng)過程中其電阻變化動(dòng)態(tài)范圍從幾十歐姆到幾十兆歐姆之間變化，極微小的環(huán)境擾動(dòng)(如溫度，濕度，氣體分子的種類和濃度的改變)將引起其電阻值的變化超過1歐，化學(xué)反應(yīng)的過程是動(dòng)態(tài)的，具有一定的隨機(jī)性；且測(cè)量過程中的精度誤差也會(huì)造成其電阻測(cè)量值的不確定性，計(jì)算得到的測(cè)量值(單位：歐)的小數(shù)部分更加具有不可確定性，使用多個(gè)這樣的尾數(shù)構(gòu)成的數(shù)字即為真隨機(jī)數(shù)。同時(shí)，本實(shí)用新型中采集器12的采集速度決定生成真隨機(jī)數(shù)的速度，所以可以快速的產(chǎn)生真隨機(jī)數(shù)；而且，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便攜易用，使用電阻型氣體傳感器成本低廉。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本實(shí)用新型的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對(duì)上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管上面已經(jīng)示出和描述了本實(shí)用新型的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本實(shí)用新型的原理和宗旨的情況下在本實(shí)用新型的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。