Генератор випадкових чисел AVR

Я прочитав додаток від TI ( slaa338 ), який описує техніку для генерації "реальних" (на відміну від "псевдо") випадкових чисел. Він використовує дещо екзотичну тактову підсистему MSP430 для досягнення цієї мети. Хтось знає про техніку, яку можна реалізувати на AVR (мене цікавить зокрема XMega) для генерації "для реальних" випадкових чисел?

Як погано вам користуватися XMega? Якщо генерація криптовалют та випадкових чисел є великою частиною вашого проекту, серія Atmel SecureAVR має вбудоване апаратне випадкове число і розраховане на криптографічні програми.

Незважаючи на це, я сумніваюся, що ви знайдете випадкове джерело насіння, яке має гарне поширення. Ви хочете кілька разів запустити його через генератор випадкових чисел псевдо. Поки щоразу починаєте з іншого насіння, це дасть вам гарний набір випадкових чисел. LGC - це швидкий і простий псевдовипадковий генератор:

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;
} 

Підключіть АЦП до апаратного джерела шуму і використовуйте програмне забезпечення для "відбілювання" випадкових чисел, якщо це необхідно.

Ось проект на основі AVR, який робить це: Міні-портативний генератор випадкових чисел Leon (mPRNG)

Залежно від того, наскільки криптографічно захищеним це потрібно, ви можете використовувати шум заземленого аналогового входу або " внутрішнього датчика температури " як насіння випадковості замість зовнішнього обладнання.

Оновлення : пізніше я написав програму для Arduino, яка використовує таймери мікросхем як джерело ентропії (АЦП виявився марним, оскільки шумні біти усічені), і це надихнуло на створення бібліотеки "Ентропія" .

В обох випадках випадковість відбувається не, наприклад, від самого значення температури, яке змінюється лише повільно, а від найменш значущих біт , які змінюються випадковим чином від одного зчитування до іншого. Я читаю значення кілька разів, один раз за кожен біт виводу, бітсіфтінг і XORing з попереднім прочитаним. XORing по-справжньому випадковий біт з некоррельованим бітом зберігає випадковість , тому випадковість поширюється навколо всіх біт і стає справжнім білим шумом. Однак швидкість передачі даних не буде дуже високою, оскільки ви отримуєте лише один біт виходу за час придбання або цикл таймера. Методом таймера я отримував близько 64 біт / с.

Ще одна хитрість для генерування випадкових насінин - підрахувати кількість тактових циклів до зовнішньої події. Наприклад, якщо це пристрій, яким користується людина, підраховуйте кількість циклів годин, поки він не натисне кнопку 'go', і використовуйте це як випадкове насіння.

Щоб не перезапустити ту саму послідовність, я використовую сом-байт в 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());
        [...]
 }

Це дає досить непоганий випадковий характер і не коштує великих витрат на програму / пам'ять.

Я створив бібліотеку, яка, хоча оригінал, призначений для Arduino, добре працює як клас у реалізації C ++, використовуючи g ++ на avr, і справді недавно він був перенесений в архітектуру ARM.

Він використовує тремтіння між сторожовим таймером та системним годинником і був протестований на кількох різних мікросхемах (задокументовано на сторінці wiki)

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

Ви подивилися на використання чогось на кшталт randomSeed () ? - використовується в IDE Arduino

Ви можете скористатися цією функцією для вибірки плаваючого (вільного) аналогового штифта на AVR atmel, після чого воно використовує значення для створення довільної вихідної точки для функції псевдовипадкового числа - random ().

Значення, створене випадковим (), може бути псевдо випадковим числом, але довільна відправна точка, створена randomSeed (), повинна бути такою ж реальною випадковим числом / значенням, скільки ви можете отримати.

Існує документ про те, як цього досягти за допомогою апаратних засобів AVR. Він передбачає покладання на тремтіння годинника. В основному ви використовуєте переривання таймера на основі відключеного одного джерела тактової частоти для вибірки нижчих бітів окремого таймера, який вимикається окремим незалежним джерелом тактового сигналу. У двох годинників буде пов’язаний якийсь випадковий тремтіння, і вибірки не будуть ідеально періодичними.

Я зробив невеликий доказ концепції цього на мікроконтролері STM32, тут код на github . Це отримало хороші результати на основі набору тестових наборів рандомізації.

На мою думку, я вважаю, що це краще, ніж вибірки плаваючої шпильки з АЦП, яку надзвичайно легко атакувати (прив’язати шпильку до землі, і ваш номер вже не такий випадковий!). Я впевнений, що існує спосіб маніпулювати RNG, що базується на годинниковому тремтінні, але це робить мене трохи краще, що я можу це робити виключно на основі внутрішніх джерел тактових годин.