เครื่องกำเนิดเลขสุ่ม AVR

ฉันได้อ่าน appnote จาก TI ( slaa338 ) ที่อธิบายถึงเทคนิคในการสร้างตัวเลข "เป็นของจริง" (ตรงข้ามกับ "สุ่ม") มันใช้ประโยชน์จากระบบย่อยนาฬิกาที่ค่อนข้างแปลกใหม่ของ MSP430 เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ ไม่มีใครรู้เทคนิคที่สามารถนำไปใช้กับ AVR (ฉันสนใจ XMega โดยเฉพาะ) เพื่อสร้างตัวเลขสุ่ม "สำหรับ" จริงหรือไม่?

คุณใช้ XMega นั้นแย่แค่ไหน? หากการเข้ารหัสลับและการสร้างตัวเลขสุ่มเป็นส่วนสำคัญของโครงการของคุณชุดSecureAVRของ Atmel มีหมายเลขฮาร์ดแวร์แบบสุ่มในตัวและออกแบบมาสำหรับแอปพลิเคชันเข้ารหัสลับ

โดยไม่คำนึงถึงฉันสงสัยว่าคุณจะพบแหล่งเมล็ดสุ่มที่มีการกระจายที่ดี คุณจะต้องการเรียกใช้มันผ่านตัวสร้างตัวเลขสุ่มหลอกกี่ครั้งตราบใดที่คุณเริ่มต้นด้วยเมล็ดที่แตกต่างกันทุกครั้งสิ่งนี้จะทำให้คุณมีตัวเลขสุ่มที่ดี LGC เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบหลอกเทียมที่ง่ายและรวดเร็ว:

static unsigned long Seed; 

/* Call before first use of NextVal */
unsigned long InitSeed()
{
   //Your code for random seed here

   // Correct distribution errors in seed
   NextVal();
   NextVal();
   NextVal();
   return NextVal();
}

 /* Linear Congruential Generator 
  * Constants from  
  * "Numerical Recipes in C" 
  * by way of 
   * <http://en.wikipedia.org/wiki/Linear_congruential_generator#LCGs_in_common_use>
   * Note: Secure implementations may want to get uncommon/new LCG values
  */
unsigned long NextVal()
{
  Seed=Seed*1664525L+1013904223L;
  return Seed;
} 

เชื่อมต่อ ADC เข้ากับแหล่งกำเนิดเสียงรบกวนของฮาร์ดแวร์และใช้ซอฟต์แวร์เพื่อ "ทำให้ขาว" ตัวเลขสุ่มหากจำเป็น

นี่คือโครงการที่ใช้ AVR ซึ่งทำเช่นนี้: เครื่องสร้างจำนวนสุ่มพกพาขนาดเล็กของ Leon (mPRNG)

คุณสามารถใช้เสียงของอินพุตแบบอะนาล็อกที่มีสายกราวด์หรือ " เซ็นเซอร์อุณหภูมิภายใน " ขึ้นอยู่กับความปลอดภัยของการเข้ารหัสที่ต้องใช้รหัสลับแทนการใช้ฮาร์ดแวร์ภายนอก

ปรับปรุง : ผมเขียนโปรแกรมสำหรับ Arduino ที่ใช้จับเวลาชิปที่เป็นแหล่งเอนโทรปี (ADC หันออกจะไร้ประโยชน์เพราะมีเสียงดังบิตจะถูกตัดทอน) และแรงบันดาลใจในการสร้างห้องสมุดเอนโทรปี

ในทั้งสองกรณีการสุ่มนั้นไม่ได้มาจากค่าอุณหภูมิซึ่งเปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆ แต่จากบิตที่สำคัญน้อยที่สุดซึ่งแตกต่างกันแบบสุ่มจากการอ่านหนึ่งไปยังอีก ฉันอ่านค่าหลาย ๆ ครั้งหนึ่งครั้งสำหรับแต่ละบิตของเอาต์พุตบิตการเลื่อนและ XORing ด้วยการอ่านก่อนหน้า XOR บิตสุ่มอย่างแท้จริงด้วยบิต uncorrelated รักษาแบบสุ่มดังนั้นการสุ่มกระจายไปทั่วทุกบิตและกลายเป็นเสียงสีขาวจริง อัตราบิตของคุณจะไม่สูงมากเนื่องจากคุณจะได้รับหนึ่งบิตต่อการได้มาซึ่งเวลาหรือรอบการจับเวลา ด้วยวิธีการจับเวลาฉันได้รับประมาณ 64 บิต / วินาที

เคล็ดลับอีกประการสำหรับการสร้างเมล็ดสุ่มคือการนับจำนวนรอบสัญญาณนาฬิกาจนถึงเหตุการณ์ภายนอก ตัวอย่างเช่นถ้านี่คืออุปกรณ์ที่บุคคลจะใช้ให้นับจำนวนรอบสัญญาณนาฬิกาจนกว่าเขาจะกดปุ่ม 'ไป' และใช้มันเป็นเมล็ดสุ่ม

เพื่อให้แน่ใจว่าจะไม่รีสตาร์ทด้วยลำดับเดียวกันฉันใช้ somme byte ใน eeprom:

#include <avr/eeprom.h>
#include <stdlib.h> // rand

u16  EEMEM randinit; 

int main(void) {
        srand(eeprom_read_word(&randinit));
        eeprom_write_word(&randinit,rand());
        [...]
 }

สิ่งนี้ให้การสุ่มค่อนข้างดีและไม่มีค่าใช้จ่ายมากในโปรแกรม / หน่วยความจำ

ฉันได้สร้างห้องสมุดที่ในขณะที่ต้นฉบับที่ออกแบบมาสำหรับ Arduino ทำงานได้ดีเช่นเดียวกับคลาสในการนำ C ++ ไปใช้โดยใช้ g ++ บน avr แน่นอนว่าเมื่อเร็ว ๆ นี้เพิ่งได้รับการส่งต่อไปยังสถาปัตยกรรม ARM ด้วยเช่นกัน

มันใช้การกระวนกระวายใจระหว่างตัวจับเวลาจ้องจับผิดและนาฬิการะบบและได้รับการทดสอบบนชิปที่แตกต่างกันจำนวนมาก (บันทึกไว้ในหน้า wiki)

http://code.google.com/p/avr-hardware-random-number-generation/wiki/WikiAVRentropy

คุณดูที่ใช้บางสิ่งเช่นrandomSeed ()หรือไม่ - ใช้ใน Arduino IDE

คุณสามารถใช้ฟังก์ชั่นนี้เพื่อสุ่มตัวอย่างอะนาล็อกลอยตัว (ฟรี) บน atmel AVR จากนั้นใช้ค่าเพื่อสร้างจุดเริ่มต้นโดยพลการสำหรับฟังก์ชันตัวเลขสุ่มหลอก - สุ่ม ()

ค่าที่สร้างขึ้นโดย random () อาจเป็นตัวเลขสุ่มหลอก - แต่จุดเริ่มต้นที่สร้างขึ้นโดย randomSeed () ควรเป็นจำนวนสุ่ม / ค่าที่แท้จริงเท่าที่คุณจะได้รับ

มีบทความเกี่ยวกับวิธีการบรรลุสิ่งนี้ด้วยฮาร์ดแวร์ AVR มันเกี่ยวข้องกับการพึ่งพากระวนกระวายใจนาฬิกา โดยพื้นฐานแล้วคุณใช้ตัวจับเวลาอินเทอร์รัปต์ซึ่งอ้างอิงจากแหล่งสัญญาณนาฬิกาหนึ่งแหล่งเพื่อสุ่มตัวอย่างบิตที่ต่ำกว่าของตัวจับเวลาแยกต่างหากซึ่งถูกโอเวอร์คล็อกแหล่งสัญญาณนาฬิกาอิสระแยกต่างหาก นาฬิกาสองเรือนจะมีความกระวนกระวายใจแบบสุ่มบางส่วนที่เกี่ยวข้องกับพวกเขาและการสุ่มตัวอย่างจะไม่เป็นระยะอย่างสมบูรณ์แบบ

ผมหลักฐานเล็ก ๆ ของแนวคิดนี้บนไมโครคอนโทรลเลอร์ STM32 รหัสเป็นบน GitHub ที่นี่ มันได้ผลลัพธ์ที่ดีตามชุดของชุดการทดสอบแบบสุ่ม

ในความคิดของฉันฉันคิดว่านี่เป็นสิ่งที่ดีกว่าการสุ่มตัวอย่างหมุดลอยด้วย ADC ซึ่งง่ายต่อการโจมตี (ผูกขาลงกับพื้นและหมายเลขของคุณจะไม่สุ่มอีกต่อไป!) ฉันแน่ใจว่ามีวิธีจัดการ RNG ที่กระวนกระวายใจตามนาฬิกา แต่มันทำให้ฉันรู้สึกดีขึ้นเล็กน้อยที่ฉันสามารถทำสิ่งนี้ได้อย่างหมดจดโดยอิงจากแหล่งสัญญาณนาฬิกาภายในชิป