В данной работе представлен аппаратный генератор случайных чисел, позволяющий генерировать случайную последовательность бит, проходящую тесты NIST. Приведен пример настройки периферии и описания алгоритмов для микроконтроллера STM32, используемого в составе генератора. Создан опытный образец, скорость генерации для которого составила 48 кбит/с.

• ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ И ТЕРМИНОВ
• ВВЕДЕНИЕ
• 1. ОБЗОР ОСНОВНЫХ СПОСОБОВ ПОСТРОЕНИЯ АППАРАТНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ СЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ
  • 1.1 Актуальность проблемы разработки аппаратного генератора случайных чисел
  • 1.2 Основные способы построения аппаратных генераторов случайных чисел
  • В данном разделе рассмотрены ГСЧ, основанные на различных случайных физических процессах.
    • 1.2.1 Генераторы, основанные на фазовом квантовом шуме в лазерном луче
    • 1.2.2 Генераторы, основанные на матрице фотокамеры
    • 1.2.3 Генераторы, основанные на тепловом шуме
    • 1.2.4 Генераторы, основанные на цифровых схемах с неопределенным состоянием
    • 1.2.5 Генераторы, основанные на шуме аналого-цифрового преобразования
  • 1.3 Сравнение различных типов аппаратных генераторов между собой
  • 1.4 Обзор наборов статистических тестов
    • 1.4.1 Частотный побитовый тест
    • 1.4.2 Частотный блочный тест
    • 1.4.3 Тест на последовательность одинаковых битов
    • 1.4.4 Тест на самую длинную последовательность единиц в блоке
    • 1.4.5 Тест рангов бинарных матриц
  • 1.5 Техническое задание
  • 1.6 Выводы
• 2. РАЗРАБОТКА АППАРАТНОГО ГЕНЕРАТОРА СЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ НА ОСНОВЕ ШУМА АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ
  • 2.1 Разработка структурной схемы аппаратного генератора случайных чисел
  • 2.2 Описание опытного образца генератора
  • 2.3 Настройка и инициализация периферии
    • 2.3.1 Инициализация АЦП
    • 2.3.2 Инициализация таймера общего назначения TIM2
    • 2.3.3 Инициализация часов реального времени RTC
  • 2.4 Выводы
• 3. АЛГОРИТМ ПОЛУЧЕНИЯ СЛУЧАЙНОЙ БИТОВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ
  • 3.1 Описание алгоритма получения результатов преобразований в обработчике прерываний
  • 3.2 Описание алгоритма фильтрации данных и их отправки на целевое устройство
  • 3.3 Выводы
• 4. ТЕСТИРОВАНИЕ АППАРАТНОГО ГЕНЕРАТОРА СЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ
  • 4.1 Тестирование качества случайной битовой последовательности в зависимости от подаваемого на входы АЦП постоянного напряжения.
    • 4.1.1 Тестирование при выборе напряжения, равного GND
    • 4.1.2 Тестирование напряжения ,V-𝐷𝐷𝐴.
    • 4.1.3 Тестирование напряжения «Floating input»
  • 4.2 Визуальное представление случайной битовой последовательности
  • 4.3 Измерение скорости генерации случайной битовой последовательности
  • 4.4 Гистограмма и функция распределения случайных чисел, полученных из битовой последовательности
  • 4.5 Выводы
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
• ПРИЛОЖЕНИЕ А
• ПРИЛОЖЕНИЕ Б
• ПРИЛОЖЕНИЕ В
• ПРИЛОЖЕНИЕ Г