Спосіб формування випадкових чисел

Спосіб формування випадкових чисел, який полягає в тому, що на ядро процесора подають тактову частоту fT, збільшуючи лічильник тактів на 1 з кожним імпульсом, формуючи випадкове число, який відрізняється тим, що викликають Винахід стосується галузі обчислювальної техніки і може бути використаний при генерації випадкових чисел за умови відсутності чи часткової відсутності оператора для підвищення СТІЙКОСТІ генераторів псевдостійких чисел /ГПСЧ/ та забезпечення необхідного рівня СТІЙКОСТІ криптографічних перетворень Відомий спосіб формування випадкових чисел за допомогою апаратних засобів /див , наприклад декларативний патент України №33361 з МПК G06F7/58, G07C15/00/, які полягають у формуванні імпульсів випадкової апаратури, перетворюють амплітуди імпульсів у ЛОГІЧНІ рівні ТТЛ мікросхем При цьому тривалість імпульсів на виході підсилювачів-обмежувачів значно менша пауз між імпульсами Обов'язковою умовою формування рівномірно розподілених ймовірних чисел є вибір періоду тактових імпульсів генератора у 5 10 разів більшим за середній період випадкових імпульсів на виходах генераторів шуму Однак, використання апаратних засобів за описаним аналогом під час вирішення завдання формування випадкових чисел потребує додаткових апаратних засобів, які не завжди можуть бути встановлені в обчислювальні пристрої /наприклад персональні ЕОМ/, та додаткових витрат машинного часу Найближчим за сукупністю суттєвих ознак є спосіб формування випадкових чисел /див В И Долгов, А В Потий, И Д Горбенко Генерация слу функцію затримки виконання потоку операційної системи, створюючи затримку х 3 , не стабільну відносно fT, на заданий час, і призупиняють виконання програми, при цьому на процесор продовжують посилати імпульси тактової частоти fT, збільшуючи лічильник тактів, виконують виклик переривання та отримують дозвіл операційної системи на подальше виконання програми, формуючи чергові біти випадкової ПОСЛІДОВНОСТІ З N молодших бітів лічильника тактів процесора, де N=1 8, отримують сформовану випадкову ПОСЛІДОВНІСТЬ першого циклу чайных чисел в системе "человек-машина" // Системы информационного взаимодействия Сборник научных трудов Харьков НАНУ, ПАНИ, ХВУ, 1995 - с 17 - 22/ Спосіб передбачає реалізацію ГПСЧ для отримання випадкових початкових станів програмно, використовуючи методи, основані на дослідженні характеристик фізичних дій людини в системі "людина-машина" Тобто, в деякий момент запускають лічильник із заданим об'ємом N, на який безперервно подають ЛІЧИЛЬНІ імпульси тактового генератора з частотою fT При "переповненні" лічильник набирає значення "нуль" і при надходженні чергового імпульсу продовжує свою роботу з нульового стану В процесі рахування імпульсів в ДОВІЛЬНІ моменти часу здійснюється звернення до покажчиків лічильника за допомогою запитів, що надходять з клавіатури ПЕОМ і формуються оператором Час т оп , який витрачається оператором на пошук символу на екрані, його осмислення, пошук та натискання клавіші, що відповідає даному символу, є випадковою величиною У результаті реалізується операція підрахунку числа імпульсів, що надійшли, з наведенням за модулем N + 1 Таким чином, реалізація описаного способу за прототипом потребує додаткових витрат машинного часу, та обов'язкового втручання оператора Оскільки ШВИДКІСТЬ формування символу визначається швидкістю реалізації оператора і становить 1 00 48721 0,1 - 1с/байт що в кінцевому рахунку призводить до зайвих енергетичних та матеріальних затрат неможливості формування ключів у реальному часі У основу винаходу покладено завдання створення такого способу формування випадкових чисел, який дозволив би за рахунок нового алгоритму дій, що реалізується розробленою програмою, виключити фізичний вплив людини на її виконання, збільшивши швидкість формування символу, зменшити енергетичні та матеріальні витрати Такий технічний результат може бути досягнутий, якщо за способом формування випадкових чисел, який полягає в тому, що на ядро процесора подають тактову частоту fT, збільшуючи лічильник тактів на 1 з кожним імпульсом, формуючи випадкове число, ВІДПОВІДНО до винаходу, викликають функцію затримки виконання потоку операційної системи, створюючи затримку хз не стабільну відносно fT на заданий час At, і призупиняють виконання програми При цьому на процесор продовжують надсилати імпульси тактової частоти fT, збільшуючи лічильник тактів, виконують виклик переривання і отримують дозвіл операційної системи на подальше виконання програми, формують наступні біти випадкової ПОСЛІДОВНОСТІ ІЗ N молодших бітів лічильника тактів процесора, де N = 1 8 отримують випадкову ПОСЛІДОВНІСТЬ першого циклу Таким чином, реалізація вказаного способу дозволяє суттєво збільшити швидкість формування випадкових /псевдовипадкових/ послідовностей від одиниць байтів за секунду до одиниць і навіть десятків Мгбайтів за секунду, тобто в більшості практичних додатків у реальному часі Крім того, формування послідовностей здійснюється без втручань оператора що дозволяє використовувати персональні ЕОМ у реальному часі На фігурі зображено часову діаграму роботи генератора Спосіб формування випадкових чисел може реалізуватися таким чином На ядро процесора подають тактову частоту fT 200 1700МГц, в залежності від процесора, збільшуючи лічильник тактів на 1 з кожним імпульсом Формують випадкове число довжиною від 1 до 8біт, викликаючи функцію затримки виконання потоку Через нестабільність роботи таймера відносно частоти процесора fT, а також із-за нестабільності між блоками і процесами багатозадачної операційної системи сформована затримка хз виходить неточною /фіг/ На час затримки призупиняється виконання програми і операційна система переключається на виконання інших потоків При цьому процесор продовжує функціонувати, отримуючи імпульси тактової частоти fT, збільшуючи лічильник тактів Під час затримки періодично викликається переривання, яке відміряє відрізки часу Ґ По закінченню інтервалу затримки операційна система повертає управління програми генератора Після поновлення виконання програма зчитує показники лічильника процесора, формує наступні біти випадкової ПОСЛІДОВНОСТІ З N = 1 8 молодших бітів лічильника тактів процесора Отримують сформовану випадкову ПОСЛІДОВНІСТЬ першого циклу Другий і кожен наступний цикли починають з формування випадкової затримки КІЛЬКІСТЬ ЦИКЛІВ залежить від довжини потрібної випадкової ПОСЛІДОВНОСТІ ФІГ. ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71