JP7359683B2 - random number generator - Google Patents
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Description
本発明は、乱数発生装置に関する。 The present invention relates to a random number generator.
情報セキュリティのために暗号が利用されているが、暗号には乱数を必要とすることが多い。例えば、暗号に使用する暗号鍵は一般的には乱数である。乱数は誰にも予測、再現されないことが求められる。乱数の発生技術として、例えば、リングオシレータをサンプリングして乱数源とする技術が知られている(特許文献1参照)。また、ツェナーダイオードなどの半導体の熱雑音から乱数を生成する乱数生成ICもある。 Cryptography is used for information security, but cryptography often requires random numbers. For example, the encryption key used for encryption is generally a random number. Random numbers must not be predicted or reproduced by anyone. As a random number generation technique, for example, a technique is known in which a ring oscillator is sampled and used as a random number source (see Patent Document 1). There is also a random number generation IC that generates random numbers from the thermal noise of a semiconductor such as a Zener diode.
しかしながら、上述した技術では、乱数を得るためには、乱数生成装置が実装されたコンピュータを用いる、または、乱数生成ICを用いることになり、コストの上昇が問題となる。また、電池駆動などの低消費電力であることが求められる製品では、乱数生成のために追加する乱数発生部における消費電流の増加が問題となる。 However, in the above-mentioned technique, in order to obtain random numbers, a computer equipped with a random number generation device or a random number generation IC is used, which poses a problem of increased cost. Furthermore, in products that are required to have low power consumption, such as battery-powered products, an increase in current consumption in a random number generator added to generate random numbers becomes a problem.
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、コストの上昇や消費電流の上昇を招くことなく、乱数が発生できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to enable random numbers to be generated without causing an increase in cost or current consumption.
本発明に係る乱数発生装置は、計測対象の時間を計測して計測値を出力するように構成された時間計測部と、時間計測部が出力した計測値を乱数とするように構成された演算部とを備える。 The random number generation device according to the present invention includes a time measurement section configured to measure the time of a measurement target and output the measured value, and an operation configured to use the measured value outputted by the time measurement section as a random number. It is equipped with a section.
上記乱数発生装置の一構成例において、演算部は、計測値より設定された桁数の数値を取り出して乱数とする。例えば、演算部は、計測値の最下位より設定された桁数の数値を取り出して乱数とする。 In one configuration example of the random number generator, the calculation unit extracts a numerical value with a set number of digits from the measured value and uses it as a random number. For example, the calculation unit extracts a numerical value of a set number of digits from the lowest order of the measured value and uses it as a random number.
上記乱数発生装置の一構成例において、演算部は、複数の計測値の各々より取り出した複数の数値を組み合わせて乱数とする。 In one configuration example of the random number generator, the arithmetic unit combines a plurality of numerical values extracted from each of the plurality of measurement values to generate a random number.
上記乱数発生装置の一構成例において、計測値は、デジタルデータである。 In one configuration example of the random number generator, the measured value is digital data.
上記乱数発生装置の一構成例において、時間計測部は、送信部から電磁波または音波が送出されてから対象物で反射して受信部で受信されるまでの時間を計測する。 In one configuration example of the random number generating device, the time measurement unit measures the time from when electromagnetic waves or sound waves are sent out from the transmitting unit to when they are reflected by a target object and received by the receiving unit.
以上説明したように、本発明によれば、時間計測部が出力した計測値を乱数とするので、コストの上昇や消費電流の上昇を招くことなく、乱数が発生できる。 As described above, according to the present invention, since the measured value outputted by the time measuring section is used as a random number, random numbers can be generated without causing an increase in cost or current consumption.
以下、本発明の実施の形態に係る乱数発生装置について図1を参照して説明する。この乱数発生装置は、計測対象の時間を計測して計測値を出力する時間計測部101と、時間計測部101が出力した計測値を乱数とする演算部102とを備える。計測値は、デジタルデータである。時間計測部101は、例えば、公知の時間計測回路(Time to Digital Converter:TDC)から構成することができる。演算部102は、計測値より設定された桁数の数値を取り出して乱数とする。例えば、演算部102は、計測値の最下位より設定された桁数の数値を取り出して乱数とする。例えば、計測値の有効でない桁を乱数として取り出すことができる。このようにして得られた乱数は、真性乱数である。
Hereinafter, a random number generator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This random number generation device includes a time measurement section 101 that measures the time of a measurement target and outputs the measured value, and a
例えば、数ピコ秒単位の高い分解能を有する時間計測部101で計測される時間は、様々な誤差が含まれている。この誤差は、計測値の下位の桁(下位ビット)に現れるので、これを乱数源として使用する。例えば、演算部102は、計測値の最下位より3桁の数値を取り出して乱数とする。また、演算部102は、複数の計測値の各々より取り出した複数の数値を組み合わせて乱数とする。例えば、必要とされる乱数の桁数が12桁の場合、4回の時間計測で得られた4つの3桁の乱数を組み合わせることで、12桁の乱数とする。
For example, the time measured by the time measurement unit 101, which has a high resolution of several picoseconds, includes various errors. This error appears in the lower digits (lower bits) of the measured value, so this is used as a random number source. For example, the
ここで、時間計測部101は、送信部103から電磁波または音波が送出されてから対象物131で反射して受信部104で受信されるまでの時間を計測する。例えば、時間計測部101、演算部102、送信部103、受信部104は、超音波流量計である。送信部103、受信部104は、超音波送受信器であり、対象物131は、例えば、流体である。
Here, the time measuring unit 101 measures the time from when an electromagnetic wave or a sound wave is sent out from the transmitting
超音波流量計において、送信部103から超音波を出力し、反射した超音波を受信部104で受信する。このときの超音波の伝搬時間が時間計測部101で計測され、計測された伝搬時間差に基づいて、演算部102が、流体の流量を算出する(特許文献2)。この種の超音波流量計では、誤差成分の除去のために、順逆の伝搬時間の計測を繰り返し実施して補正し、順逆の伝搬時間の差分から流量を算出している。このように、時間計測を実施している超音波流量計において、新たな乱数生成装置や乱数生成ICを追加することなく、乱数を生成することができる。また、演算部102により求められた乱数は、記憶部105に記憶しておき、必要なときに用いる。
In the ultrasonic flowmeter, a
また、時間計測部101、演算部102、送信部103、受信部104は、測距装置とすることもできる。送信部103は、レーザ光を出射し、受信部104は、対象物で反射されたレーザ光を受光する。時間計測部101は、送信部103がレーザ光を出射してから、対象物131で反射して受信部104で受光されるまでの時間を計測する。計測された時間差に基づいて、演算部102が、送信部103から対象物131までの距離を算出する。
Further, the time measuring section 101, the calculating
ここで、乱数について説明する。一般に、乱数には、真性乱数と疑似乱数とがある。真性乱数は、熱雑音、光の散乱、原子崩壊の放射線などの物理現象から生成され、既知の値から次の値が独立している数である。疑似乱数は、真性乱数に似た性質を持つ計算で求めた数である。疑似乱数は、計算方法が決まっているため、内部状態が既知の場合は次の値が予測可能である。また、疑似乱数においては、内部状態が識別されないように、真性乱数で初期化(seed)することが必要な場合がある。 Here, random numbers will be explained. Generally, random numbers include true random numbers and pseudorandom numbers. True random numbers are generated from physical phenomena such as thermal noise, light scattering, and radiation from atomic decay, and are numbers whose next value is independent of a known value. Pseudo-random numbers are calculated numbers that have properties similar to true random numbers. Pseudo-random numbers have a fixed calculation method, so if the internal state is known, the next value can be predicted. In addition, pseudo-random numbers may need to be initialized (seed) with true random numbers so that internal states cannot be identified.
また、乱数は、例えば、暗号の生成に用いられる。例えば、暗号鍵は、乱数で生成する。例えば、暗号論的疑似乱数生成器(Cryptographically Secure Pseudo Random Number Generator:CSPRNG)が、暗号鍵の生成に利用される。暗号論的疑似乱数生成器で生成される乱数は、予測不可能性をもち、再現性があるが、計算方法は一定のため、同じ初期状態からは同じ値が生成される。このため、暗号論的疑似乱数生成器では、初期状態を真性乱数で初期化することが必要となる。 Furthermore, random numbers are used, for example, to generate codes. For example, the encryption key is generated using a random number. For example, a Cryptographically Secure Pseudo Random Number Generator (CSPRNG) is used to generate cryptographic keys. Random numbers generated by a cryptographic pseudorandom number generator are unpredictable and reproducible, but because the calculation method is constant, the same value is generated from the same initial state. Therefore, in a cryptographic pseudo-random number generator, it is necessary to initialize the initial state with true random numbers.
なお、上述した実施の形態に係る乱数発生装置の演算部102は、図2に示すように、CPU(Central Processing Unit;中央演算処理装置)301と主記憶装置302と外部記憶装置303とネットワーク接続装置304となどを備えたコンピュータ機器とし、主記憶装置302に展開されたプログラムによりCPU301が動作する(プログラムを実行する)ことで、上述した演算部102の動作が実現されるようにすることもできる。ネットワーク接続装置304は、ネットワーク305に接続する。また、各機能は、複数のコンピュータ機器に分散させることもできる。
Note that, as shown in FIG. 2, the
また、上述した実施の形態に係る乱数発生装置の演算部102は、FPGA(field-programmable gate array)などのプログラマブルロジックデバイス(PLD:Programmable Logic Device)により構成することも可能である。
Further, the
以上に説明したように、本発明によれば、時間計測部が出力した計測値を乱数とするので、コストの上昇や消費電流の上昇を招くことなく、乱数が発生できるようになる。 As described above, according to the present invention, since the measured value output by the time measuring section is used as a random number, random numbers can be generated without causing an increase in cost or current consumption.
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。 It should be noted that the present invention is not limited to the embodiments described above, and many modifications and combinations can be made within the technical idea of the present invention by those having ordinary knowledge in this field. That is clear.
101…時間計測部、102…演算部、103…送信部、104…受信部、105…記憶部、131…対象物。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 101... Time measurement part, 102... Calculation part, 103... Transmission part, 104... Receiving part, 105... Storage part, 131... Target object.
Claims (6)
前記時間計測部が出力した計測値の誤差が含まれる下位の有効ではない桁を乱数とするように構成された演算部と
を備える乱数発生装置。 a time measuring unit configured to measure the time of the measurement target in units of several picoseconds and output the measured value;
and an arithmetic unit configured to use, as a random number, a lower-order invalid digit that includes an error in the measurement value output by the time measurement unit.
前記演算部は、前記計測値より設定された桁数の数値を取り出して乱数とする
ことを特徴とする乱数発生装置。 The random number generator according to claim 1,
The random number generation device, wherein the arithmetic unit extracts a numerical value with a set number of digits from the measured value and uses it as a random number.
前記演算部は、前記計測値の最下位より設定された桁数の数値を取り出して乱数とする
ことを特徴とする乱数発生装置。 The random number generator according to claim 2,
The random number generating device, wherein the arithmetic unit extracts a numerical value of a set number of digits from the lowest order of the measured value and uses it as a random number.
前記演算部は、複数の前記計測値の各々より取り出した複数の数値を組み合わせて乱数とすることを特徴とする乱数発生装置。 The random number generator according to claim 2 or 3,
A random number generation device, wherein the calculation unit combines a plurality of numerical values extracted from each of the plurality of measurement values to generate a random number.
前記計測値は、デジタルデータであることを特徴とする乱数発生装置。 The random number generator according to any one of claims 1 to 4,
A random number generator, wherein the measured value is digital data.
前記時間計測部は、送信部から電磁波または音波が送出されてから対象物で反射して受信部で受信されるまでの時間を計測する
ことを特徴とする乱数発生装置。 The random number generator according to any one of claims 1 to 5,
The random number generation device is characterized in that the time measurement unit measures the time from when an electromagnetic wave or a sound wave is sent out from a transmitting unit until it is reflected by an object and received by a receiving unit.
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