ATmega1 28單片機(jī)的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生矗

引 言
隨機(jī)數(shù)已廣泛地應(yīng)用于仿真、抽樣、數(shù)值分析、計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)、決策、美學(xué)和娛樂(lè)之中。常見(jiàn)的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器有兩種：使用數(shù)學(xué)算法的偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器和以物理隨機(jī)量作為發(fā)生源的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器。要獲取真正隨機(jī)的真隨機(jī)數(shù)，常使用硬件隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的方法來(lái)獲取。這些真隨機(jī)數(shù)都是使基于特定的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生源(如熱噪聲、電流噪聲等)，每次獲取的真隨機(jī)數(shù)都是不可測(cè)的，具有很好的隨機(jī)性。
真隨機(jī)數(shù)因其隨機(jī)性強(qiáng)，在數(shù)據(jù)加密、信息輔助、智能決策和初始化向量方面有著廣泛應(yīng)用，構(gòu)建一種基于硬件真隨機(jī)數(shù)發(fā)生源，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。但目前硬件真隨機(jī)數(shù)發(fā)生源均較復(fù)雜，而且很少有基于單片機(jī)的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器。本文利用RC充放電的低穩(wěn)定度，根據(jù)AVR單片機(jī)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了一種性?xún)r(jià)比極高的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器。該隨機(jī)數(shù)發(fā)生器使用元件很少，穩(wěn)定性高，對(duì)一些價(jià)格敏感的特殊場(chǎng)合，如金融、通信、娛樂(lè)設(shè)備等有較大的應(yīng)用意義。

1 基本原理和方法
1．1 基本原理
串聯(lián)的RC充放電電路由于受到漏電流、電阻熱噪聲、電阻過(guò)剩噪聲、電容極化噪聲等諸多不確定性因素的影響，其充放電穩(wěn)定度一般只能達(dá)到10－3。利用這種RC充放電的低穩(wěn)定度特性實(shí)現(xiàn)廉價(jià)的真隨機(jī)數(shù)發(fā)生源。
Atmel公司AVR單片機(jī)ATmega 128以其速度快、功能強(qiáng)、性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于各種嵌入式計(jì)算場(chǎng)合。利用AVR單片機(jī)引腳配置靈活多樣的特點(diǎn)，使用Amnega128兩個(gè)I／O口作為真隨機(jī)數(shù)的電氣接口。
其原理如圖1所示。主要原理是利用串聯(lián)RC電路的不確定性產(chǎn)生真隨機(jī)數(shù)源，收集數(shù)據(jù)，通過(guò)AVR單片機(jī)ATmega128和主時(shí)鐘電路量化RC電路的充放電時(shí)問(wèn)，獲得不確定的2位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，再利用程序?qū)⒚?次采集的數(shù)據(jù)綜合，最后產(chǎn)生1個(gè)8位的真隨機(jī)數(shù)。