AVR Rasgele Sayı Üreticisi

TI ( slaa338 ) ' den "gerçek" ("sözde" aksine) rastgele sayılar üretmek için bir teknik açıklayan bir appnote okudum . Bu hedefe ulaşmak için MSP430'un biraz egzotik saat alt sisteminden yararlanır. Herkes "gerçek" rasgele sayılar üretmek için bir AVR (özellikle XMega's ilgileniyorum) üzerinde uygulanabilecek bir teknik biliyor mu?

XMega'yı ne kadar kötü kullanıyorsunuz? Kripto ve rasgele sayı üretimi projenizin büyük bir parçasıysa, Atmel'in SecureAVR serisinde yerleşik bir rasgele donanım numarası bulunur ve şifreleme uygulamaları için tasarlanmıştır.

Ne olursa olsun, iyi bir dağılıma sahip rastgele bir tohum kaynağı bulacağınızdan şüpheliyim. Her seferinde farklı bir tohumla başladığınız sürece, bu size rasgele sayılardan oluşan güzel bir set verecektir. Bir LGC hızlı ve kolay bir sahte rastgele jeneratördür:

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;
} 

ADC'yi bir donanım gürültü kaynağına bağlayın ve gerekirse rasgele sayıları "beyazlatmak" için yazılım kullanın.

İşte bunu yapan AVR tabanlı bir proje: Leon'un Mini Taşınabilir Rasgele Sayı Üreticisi (mPRNG)

Kriptografik olarak ne kadar güvenli olması gerektiğine bağlı olarak, topraklanmış bir analog girişin gürültüsünü veya " dahili sıcaklık sensörünü " harici donanım yerine rastgele tohum olarak kullanabilirsiniz.

Güncelleme : Daha sonra Arduino için çipin zamanlayıcılarını entropi kaynağı olarak kullanan bir program yazdım (gürültülü bitler kesildiği için ADC işe yaramaz hale geldi) ve bu Entropy kütüphanesinin oluşturulmasına ilham verdi .

Her iki durumda da, rasgelelik, örneğin, sadece yavaş değişen sıcaklık değerinin kendisinden değil , bir okumadan diğerine rastgele değişen en az anlamlı bitlerden kaynaklanmaktadır. Değeri birçok kez okudum, her çıkış biti için bir kez, önceki okuma ile bit kaydırma ve XORing. İlişkilendirilmemiş bir bitle gerçekten rastgele bir bit XORing rastgelelığı korur , böylece rastgele tüm bitlere yayılır ve gerçek beyaz gürültü haline gelir. Bununla birlikte, bit hızınız çok yüksek olmayacaktır, çünkü edinme süresi veya zamanlayıcı döngüsü başına sadece bir bit çıkış alırsınız. Zamanlayıcı yöntemiyle yaklaşık 64 bit / sn alıyordum.

Rastgele bir tohum üretmek için başka bir numara, harici bir olaya kadar saat döngü sayısını saymaktır. Örneğin, bu bir kişi tarafından kullanılacak bir cihazsa, 'git' düğmesine basana kadar saat döngü sayısını sayın ve bunu rastgele tohum olarak kullanın.

Aynı diziyle yeniden başlatmadığınızdan emin olmak için, eepromda somme bayt kullanıyorum:

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

u16  EEMEM randinit; 

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

Bu oldukça iyi bir rastgele verir ve program / bellekte çok pahalı değildir.

Arduino için tasarlanan orijinalin avr üzerinde g ++ kullanarak bir C ++ uygulamasında bir sınıf olarak iyi çalışmasına rağmen, gerçekten de yakın zamanda ARM mimarisine taşınan bir kütüphane oluşturdum.

Bekçi zamanlayıcısı ile sistem saati arasındaki titreşimi kullanır ve bir dizi farklı yonga üzerinde test edilmiştir (wiki sayfasında belgelenmiştir)

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

RandomSeed () gibi bir şey kullanmaya baktınız mı ? - Arduino IDE'de kullanılır

Bu işlevi, atmel AVR üzerinde yüzen (serbest) bir analog pim örneklemek için kullanabilirsiniz, daha sonra bu değeri sahte rasgele sayı işlevi için rasgele bir başlangıç ​​noktası oluşturmak için kullanır (random ().

Random () tarafından oluşturulan değer sahte bir rasgele sayı olabilir - ancak randomSeed () tarafından oluşturulan rasgele başlangıç ​​noktası olabildiğince rastgele bir sayı / değer olmalıdır.

AVR donanımı ile bunu nasıl yapacağınıza dair bir makale var. Saat titreşimine güvenmeyi içerir. Temel olarak, ayrı bir saat kaynağından ayrılan ayrı bir zamanlayıcının alt bitlerini örneklemek için bir saat kaynağını temel alan bir zamanlayıcı kesmesi kullanırsınız. İki saatin kendileriyle ilişkili rastgele bir titreşimi olacak ve örnekleme mükemmel bir şekilde periyodik olmayacak.

Ben bir STM32 mikrodenetleyici üzerinde bu kavram küçük bir kanıt yaptı, kod github burada . Bir dizi randomizasyon test takımına dayalı olarak bazı iyi sonuçlar elde etti.

Bence bu, saldırması son derece kolay olan bir ADC ile yüzen bir pimi örneklemekten daha iyi olduğunu düşünüyorum (pimi zemine bağlayın ve numaranız artık çok rastgele değil!). Bir saat titreşimi tabanlı RNG'yi manipüle etmenin bir yolu olduğuna eminim, ancak bunu tamamen çipli dahili saat kaynaklarından yola çıkarak yapabileceğimden biraz daha iyi hissetmemi sağlıyor.