|
-bo'lim. Haqiqiy tasodifiy ketma-ketlik generatorlari
|
| bet | 5/8 | | Sana | 28.01.2024 | | Hajmi | 358,33 Kb. | | #147686 |
Bog'liq tarjma2-bo'lim. Haqiqiy tasodifiy ketma-ketlik generatorlari
Haqiqiy tasodifiy ketma-ketliklar (TRS) ketma-ketlik sifatida taqdim etilgan tasodifiy sonlardir. Tasodifiy raqamlar ba'zi tasodifiy o'zgaruvchilarning realizatsiyasi. Tasodifiy o'zgaruvchi - bu ma'lum ehtimollik bilan haqiqiy qiymatlarni qabul qiladigan elementar hodisalar fazosidagi funktsiya. Shunday qilib, chinakam tasodifiy ketma-ketliklar tajriba natijasida oldindan oldindan aytib bo'lmaydigan ko'plab qiymatlardan birini qabul qiladigan statistik jihatdan mustaqil miqdorlar ketma-ketligidir. Tasodifiy o'zgaruvchining qiymatlari va mos keladigan ehtimolliklar o'rtasidagi bog'liqlik taqsimot funktsiyasi yoki unga bog'liq bo'lgan ehtimollik zichligi funktsiyasi yordamida aniqlangan taqsimot qonuni bilan tavsiflanadi. Haqiqatan ham tasodifiy ketma-ketliklar bir xil taqsimotga ega bo'lishi kerak.
Haqiqiy tasodifiy ketma-ketliklarning generatorlari - bu tasodifiy ketma-ketliklarni olish uchun makro va mikro darajada sodir bo'ladigan jismoniy jarayonlarning ob'ektiv mavjud tasodifiyligidan foydalanadigan qurilmalardir [14, 15]. Qoida tariqasida, bunday generatorlar apparat yoki dasturiy-apparat hisoblanadi.
GPS-ga bo'lgan ehtiyoj juda yuqori darajadagi tasodifiylik talab qilinadigan holatlarda paydo bo'ladi, bu GPS yordamida erishib bo'lmaydigan (kvant kriptografiyasi, blokli shifrlar uchun kalitning dastlabki holati).
2.1 Ishlash tamoyillari
Uskuna tasodifiy ketma-ketlik generatorlari entropiya manbalaridan foydalanadi, masalan:
- issiqlik va elektr shovqinlari;
- kvant jarayonlari;
- radioaktiv parchalanish;
- kosmik nurlanish;
- turli mexanik, optik va fotoelektrik hodisalar.
Haqiqiy tasodifiy ketma-ketliklarni yaratish uchun mos keladigan entropiya manbalarining o'ziga xos misollari:
- radioaktiv parchalanish vaqtida zarrachalar emissiyasi orasidagi vaqt oralig'i;
- yarimo'tkazgichli diod yoki rezistorning termal shovqini;
- fotonlarning chigallanish holatlari;
- lazerlarning kvant shovqini;
- otishni o'rganish shovqini;
- osilator chastotasining beqarorligi.
Haqiqiy tasodifiy ketma-ketlik generatorlari tizim soati, protsessorning yuklanish darajasi, tarmoq paketlarining kelishi o'rtasidagi kechikishlar, sichqonchani yoki klaviaturani faollashtirish o'rtasidagi vaqt oralig'i, kirish/chiqish buferlari tarkibi kabi kompyuter jihozlarining ishlashiga xos bo'lgan tasodifiylikka asoslanadi. protsessor shovqini yoki boshqa qurilmalar.
SHGlardan haqiqiy foydalanish quyidagi xususiyatlar bilan murakkablashishi mumkin:
past tezlik;
takrorlash, takrorlash va protsessor bilan o‘zaro ta’sir qilishning murakkabligi;
o‘lchovlar paytida tizimli xatolar yoki statistik testlar davomida aniqlangan to‘lqin yoki boshqa davriy (tasodifiy bo‘lmagan) komponentlarning mavjudligi bilan bog‘liq bo‘lgan ketma-ketlikdagi og‘ishlar va korrelyatsiyalar.
GSP ishining natijasi qo'shimcha ishlov berishni talab qilishi mumkin (post-processing deb ataladi).
Olingan tasodifiy ketma-ketlik to'g'ridan-to'g'ri yoki psevdo-tasodifiy ketma-ketlik generatoriga kirish sifatida ishlatilishi mumkin.
Tasodifiy ma'lumotlar manbalari orasida kvant fizikasi doirasida tasvirlangan jarayonlar alohida o'rin tutadi. Ularning ehtimollik tabiati nazariy jihatdan haqiqiy tasodifiy ketma-ketliklarni olish imkonini beradi. Haqiqiy tasodifiy sonlarning kvant generatorlari radioaktiv parchalanish hodisalari, chigal kvant holatlari, lazer kvant shovqinlari, vakuumdagi kvant tebranishlari, foton emissiyasi va aniqlash jarayonlari asosida mavjud va ishlab chiqilmoqda.
Turli tabiatdagi fizik hodisalar, agar ular tasodifiy tebranishlarni ifodalasa, odatda "tasodifiy shovqin" (oq shovqin) deb ataladi.
Tasodifiy shovqinning taniqli misoli termal shovqin yoki Jonson shovqinidir [15]. Bu elektr qarshiligiga ega bo'lgan va mutlaq noldan yuqori haroratda bo'lgan har qanday material uchun o'lchanadigan kuchlanishdagi o'zgarishlar. Bunday tebranishlarning sababi tabiatda tasodifiy bo'lgan elektr zaryad tashuvchilarning termal harakatidir. Ammo shuni ta'kidlash kerakki, haqiqatda ko'rsatilgan kuchlanish mutlaqo tasodifiy emas, chunki elektr zaryadlarining harakatlarida korrelyatsiyalarni keltirib chiqaradigan o'tkazgichlarda tashuvchilarning ma'lum korrelyatsiyalari mavjud.
Yarimo'tkazgichli zener diodlarida (buzilish zonasida teskari yo'nalish sharoitida ishlashga qodir bo'lgan maxsus Zener diodlari) kuzatilgan Zener tunnel effekti [14, 15] tashuvchilar kvant to'sig'ini kesib o'tganda tasodifiy kuchlanish kuchlanishiga olib keladi ("deb ataladi"). pushti shovqin"). Biroq, Zener effekti jismoniy qurilmalarda boshqa effektlardan to'liq ajratilmagan. Bunga qo'shimcha ravishda, qarshilik va zener diyotlarida qayd etilgan jarayonlar xotira effekti bilan tavsiflanadi: qurilmadagi lahzali kuchlanish yaqin o'tmishdagi kuchlanishga bog'liq. Bu shu tarzda olingan raqamlarning korrelyatsiyasiga olib keladi va bunday ketma-ketlikni haqiqatdan ham tasodifiy deb atash huquqini bermaydi.
Shovqinning boshqa mashhur manbalarini, masalan, bipolyar tranzistorlarda baza-emitterning buzilishi, lazer fazasi shovqini, tartibsiz shovqin va boshqalarni eslatib o'tish mumkin. Biroq, bu barcha shovqin manbalari uchun umumiy muammo shundaki, ular tomonidan yaratilgan tasodifiylik mutlaqo aniq bo'lishi mumkin emas. mos keladigan asboblar yoki o'lchovlarni ishlab chiqarish jarayonida nazorat qilinadi. Voltaj qiymatlari (masalan, Jonson shovqini uchun) juda kichik bo'lishi mumkin, bu raqamli shaklga o'tishdan oldin sezilarli kuchaytirishni talab qiladi. Bu kuchaytirgichning cheklangan tarmoqli kengligi va chiziqli bo'lmaganligi tufayli qo'shimcha farqlarni qo'shadi. Tasodifiy ketma-ketlik generatori pallasida qo'llaniladigan ikkilik mantiqning tez almashinuvi kuchli elektromagnit shovqinlarni keltirib chiqaradi, bu esa yaqin atrofdagi generatorlarni (ayniqsa, bitta chipda joylashgan) odatda bir-biri bilan sinxronlashtirishga olib keladi, bu esa umumiy entropiyaning keskin pasayishiga olib keladi. Haqiqiy tasodifiy ketma-ketlikdagi shovqin generatorlariga juda sezgir kuchaytirgichlar ta'sirida kriptografik hujumlar xavfi ham mavjud.
Shovqin manbalariga asoslangan haqiqiy tasodifiy ketma-ketliklar generatorini qurishning asosiy g'oyasi quyidagicha. Shovqin manbasidan keladigan tasodifiy analog kuchlanish vaqti-vaqti bilan namuna olinadi, kuchaytiriladi va oldindan tanlangan chegara bilan solishtirish uchun taqqoslagichga qo'llaniladi. Agar bu chegara oshib ketgan bo'lsa, "1" qiymati hosil bo'ladi, aks holda "0" hosil bo'ladi. Chegara shunday o'rnatilishi mumkinki, "1" va "0" ning paydo bo'lish ehtimoli taxminan teng bo'ladi. Eshik chegarasini sozlash jarayoni murakkab, ko'p vaqt talab qiladi va shovqin generatorining o'qishlarida sezilarli buzilishlarga olib kelishi mumkin.
Shakl 2.1 - Shovqin manbalariga asoslangan haqiqiy tasodifiy ketma-ketlik generatorining sxemasi.
Yuqoridagi asosiy sxema uchun generator chiqishining tasodifiylik darajasini yaxshilash va xususan, xom shovqin oqimida mavjud bo'lgan moyillikni kamaytirish uchun turli xil modifikatsiyalar taklif etiladi. Bunday yechimlardan biriga Baggini-Bucci generatorini misol qilib keltirish mumkin [15, 17].
Umuman olganda, shovqinga asoslangan tasodifiy ketma-ketlik generatorining ishonchliligi quyidagi omillarga bog'liq:
ishlatiladigan shovqin manbasining tasodifiylik darajasi;
signallarni tanlash va raqamlashtirish protseduralarining ta'siri;
- deterministik postprocessingdan foydalanish zarurati.
Natijada, shu sabablarga ko'ra, shovqinga asoslangan GPS ishonchliligini isbotlash deyarli imkonsiz bo'lib qoladi.
|
| |
