и, що стробіруемий компаратор також виконує функцію дискретизації);
Аналого-цифровий перетворювач (АЦП, компаратор);
Формувач випадкової послідовності;
Декоррелятор (вузол вирівнювання статистичних характеристик, може бути об'єднаний з формувачем випадкової послідовності);
Підсистема контролю параметрів і статистичних характеристик;
Інтерфейс з обладнанням споживача (криптографічний апарат, накопичувач даних, комп'ютер).
Далі проводиться спроба вибору і визначення параметрів елементів ГІСЧ з можливо меншим ризиком зниження ймовірностей підтвердження складових гіпотез.
. Джерело випадковості
Джерелом випадковості повинен бути фундаментальний фізичний процес, параметр якого теоретично не передбачуваний, зокрема, як вказує Кріс Монро (Chris Monroe), «По справжньому випадковими можуть бути тільки квантові процеси» [5].
Квантові процеси і величини властиві елементарним часткам, таким як протони, електрони і фотони світла. Незважаючи на те, що параметри цих частинок (положення в просторі або величина енергії), можуть бути визначені, кожне конкретне значення параметра частинка приймає тільки в той момент, коли відбувається вимір цієї величини. Цей процес носить справді випадковий характер.
Тепловий (Джонсона-Найквіста) шум будь-якого провідника породжується броунівським рухом електронів в обсязі провідника і такий параметр, як різниця потенціалів на його кінцях, є сумою параметрів дуже великого числа частинок. Одночасне вимірювання значення параметра кожної з частинок або його передбачення не представляється технічно можливим в будь осяжному майбутньому, тому напруга теплового шуму можна вважати істинно випадковою величиною, придатної для генерації істинно випадкових чисел. Слід вказати на дуже високу ступінь наближення такого шуму до ідеального «білому» шуму, тож як його смуга обмежена тільки хвильовими властивостями провідника і квантовими ефектами при частотах порядку терагерц.
Використання інших джерел випадковості вимагає доказового обгрунтування.
Наприклад, існують шумові діоди, генерація шуму в яких заснована на флуктуаціях струму, що виникають у процесі ударної іонізації при електричному пробої напівпровідникового переходу. Характер флуктуації визначає шумові властивості діода. Так, флуктуації числа носіїв заряду в стаціонарному лавинному процесі при токах пробою порядку одиниць мА обумовлюють низькі рівні спектральної щільності потужності в області від десятків до тисяч МГц. Спонтанне переривання лавинного процесу, що спостерігається при невисоких токах від 1 до 1000 мкА, обумовлює більш високий рівень шуму в області низьких частот від десятків Гц до десятків МГц.
У радіоелектроніки шумові діоди застосовуються в якості джерела широкосмугового сигналу для перевірки чутливості приймачів і підсилювальних пристроїв, визначення завадостійкості систем автоматичного регулювання, а також в якості джерела каліброваного шуму при вимірюванні шумів і ін.
Такі діоди також часто застосовують у генераторах випадкових чисел для криптографічних додатків, що з точки зору практики може бути допустимо. Проте слід розуміти, що глибокі докази істинної випадковості параметрів такого діода поки невідомі.
Таким чином, найбільш прийнятним джерелом випадкового сигналу є джонсоновской теплову напругу на кінцях провідника, обумовлене формулою Найквіста:
,
де k - постійна Больцмана, k=1.38 10-23 Дж/К; T - абсолютна температура в градусах Кельвіна; R - активний опір провідника; W - смуга частот, в якій проводиться вимірювання.
Наприклад, на резисторі з опором 200 Ом при температурі 300 ° К (27 ° С) в смузі частот 1 ГГц виділяється напруга шуму 57.5 мкВ еф., а на резисторі 100 кОм - 1.28 мВ еф.
. Посилення шумового сигналу
Для подальшої обробки такої шумовий сигнал, як правило, потрібно посилити. Необхідно враховувати, що в силу своєї природи, шум Джонсона-Найквіста має нормальний розподіл амплітуд і рівномірну спектральну щільність потужності в певному діапазоні частот. При посиленні шумового сигналу ми не повинні істотно спотворити вихідний шум, тобто, не додати додаткові шуми підсилювача, природу яких може знадобитися додатково визначати, і забезпечити мінімальні спотворення шуму для збереження розподілу ймовірності його значень і рівномірності спектра в заданій смузі. Сучасні високоякісні малошумні підсилювачі з коефіцієнтом шуму менше 2 дБ цілком підходять для цієї мети.
При узгодженому підключенні джерела сигналу до ідеального підсилювача, потужність на вході підсилювача буде визначатися тільки шумовий температурою джерела і...
