Generátor náhodných čísiel

Hlavná výhoda TRNG je nemožnosť predpovedať, alebo odhadnúť generovanú postupnosť. Generátor je neperiodický a vyznačuje sa zložitejšou štruktúrou. Pri získavaní náhodných čísel musíme počítať s hardwarovým zdržaním.

Medzi hlavné výhody PRNG patrí jednoduchosť a rýchlosť. Nevýhodou je, že po určitom čase bude generátor poskytovať rovnaké výstupy. Preto pri jeho konštrukcii prevláda snaha o čo najväčšie predĺženie tejto periódy, ideálne na nekonečne dlho. Neutrálnou vlastnosťou je schopnosť generátora poskytovať rovnaké výstupy z rovnakého počiatočného vstupu. (tzv.seed). Táto jeho schopnosť sa napríklad využíva, ak chceme meniť parametre simulácie, v ktorej požadujeme rovnaké vstupné dáta.[3]

Za zdroj náhodných dát možno považovať sústavu, ktorá sa skladá z telefónnej linky alebo tranzistoru, na ktorých vzniká rádiový šum a určitého signálneho zariadenia. Toto zariadenie je schopné registrovať udalosti, kedy šum prekročí predom stanovenú kritickú hranicu c. Po dobu na začiatku presne stanoveného času Δt. Pri prekročení kritickej hranice šumu zapíšeme 1, v opačnom prípade 0. Týchto zariadení môžeme mať niekoľko v paralelnom zapojení. Pri správnom výbere času t a hranice c, môžeme získať náhodné číslo o veľkosti k bitov v rovnomernom rozložení {0,1}.[4]

Iným zdrojom prirodzene náhodných čísel je prístroj, ktorý je založený na náhodnom emitovaní gama častíc.

Skladá sa z :

• generátor gama častíc
• X detektorov gama častíc
• časový spínač

Určitá časť emitovaných gama častíc od prvého signálu časového spínača až po druhý signál je registrovaná prým detektorom gama častíc.

Od druhého k tretiemu časovému signálu sú emitované častice zachytené druhým detektorom.

Od tretieho signálu k štvrtému sú častice zachytené na treťom detektore atď. až po X.

Signál registrovaný i-tym detektorom označím S_i, za určitý časový okamih Δt. Celá procedúra je trikrát zopakovaná a je vygenerované číslo S_ii a S_iii. Posledný (najmenej signifikantný) bit získaný z binárneho zápisu súčtu S_i+S_ii+S_iii je v tomto prípade považovaný za náhodný bit. Potom tento spôsob ponúka X náhodných bitov v jednom kroku v čase 3Δt.[5]

Z pohľadu generovania náhodných čísel je zaujímavý projekt spoločnosti Yuzoz. Tá sa v minulosti pripravovala na spustenie služby generovania náhodných čísel s využitím náhodných úkazov vo vesmíre. Podľa slov zakladateľa Jeff Manbera, za zdroj dát by mali slúžiť údaje o solárnej aktivite, kozmickom prúdení. Projekt počítal s komerčným využitím. V súčasnosti je projekt už zastavený.[6]

pseudonáhodné čísla sú generované algoritmom v digitálnych počítačoch. Získané čísla sú kompletne deterministické, pretože sú generované na základe algoritmu a hodnoty nejakého parametru, s možnosťou výberu počiatočnej hodnoty, ktorá determinuje celú sekvenciu. V praxi nás uspokojí skutočnosť, že tieto čísla vyzerajú ako by boli z náhodného zdroja.

hodnoty sú generované pomocou vzťahu

x_n = (ax_n-1+c) mod m kde operácia mod je zvyšok po celočíselnom delení, a, c, m sú konštanty. Počiatočná hodnota x₀ sa nazýva seed (semienko - násada do generátora).

• Maximálne dosiahnuteľná perióda je m
• Inverzný prvok sa počíta inverzným Euklidovým algoritmom na nájdenie celočíselných riešení rovnice 1=⋅+⋅mkxx
• Sú vhodné na použitie pre paralelné algoritmy.[2]

z_n = (x_n + y_n) mod m

kde x_n resp. y_n sú výstupy z pôvodných generátorov. Vhodné je voliť nesúdeliteľné veľkosti periód jednotlivých generátorov.

Metóda na dodatočné zlepšenie vlastnosti generátora pseudonáhodných čísel. Je založená na využití existujúceho generátora, ktorý pre premiešavací algoritmus generuje semienka (seeds) a mení tak poradie vstupných hodnôt. Existuje niekoľko modifikácií tejto metódy. Prvých k hodnôt uložíme do poľa a (k+1)-tu hodnotu do pomocnej premennej idx. Výstupné hodnoty potom generujeme v dvoch krokoch nasledovne:

• pomocou premennej idx vyberieme hodnotu z poľa ktorá bude našim výstupom a na uvoľnené miesto vložíme novú vstupnú hodnotu
• výstupnú hodnotu okopírujeme do premennej idx.[7]