난수 생성기에서 가장 작고 간단한 시드는 무엇입니까?

소형 마이크로 컨트롤러 (8 비트 Atmel)는 수많은 무작위 무작위 조명 시퀀스로 조명 쇼를 나타 내기 위해 많은 조명을 제어합니다.

적절한 의사 RNG가 잘 작동하지만 좋은 씨앗을 찾고 있습니다. 누군가가 동시에 여러 장치를 켜면 개별 클럭 소스의 작은 차이로 인해 천천히 표류 할 때까지 동일한 효과 시퀀스를 생성하면 좋지 않을 것이므로 시드가 필요합니다.

내가 자주 사용하는 pseudo-RNG를 시드하는 매우 좋은 방법은 버튼을 누르거나 스위치를 돌려서 시작 해야하는 장치의 경우 가능합니다. µc의 전원을 켜 자마자 매우 빠른 타이머를 시작할 수 있으며이 타이머의 값은 버튼을 처음으로 누르는 즉시 RNG를 시드합니다.

문제는이 시나리오에서 버튼이 없다는 것입니다. 장치의 전원을 켜 자마자 프로그램을 시작해야합니다.

PCB의 위치는 극히 제한적 이며 (가장 작은 SMD 부품 중 일부만 적합 할 수는 없음) 가장 작고 간단한 솔루션을 찾고 있습니다. 따라서 진정한 RNG 하드웨어, 라디오 수신기 등과 같은 멋진 솔루션을 배제하겠습니다.

내가 가진 것은 CPU의 16 비트 타이머 카운터와 ADC에 액세스 할 수있는 사용되지 않는 포트 핀입니다.

내 현재 솔루션은 저항을 사용하여 가능한 한 정확하지 않은 ADC 핀에 공급 전압의 약 절반을 제공하고 첫 번째 AD 변환 값으로 RNG를 시드하는 것입니다. 그러나 현재 대부분의 10 % 저항기는 1 % 미만의 정확도를 가지고 있습니다 (공급 업체가 최악의 품질의 SMD 저항기를 찾을 수 있다고 말하면 재미있을 것입니다). 동일한 시드로 시작하는 여러 유닛.

더 나은 대안은 여러 변환을 수행하고 이러한 측정에서 가장 중요하지 않은 값으로 값을 작성하는 것입니다. 그러나 나는 이전에이 µc 유형의 ADC를 사용했으며 매우 정확하다는 것을 알고 있습니다. 가장 빠른 속도로 ADC를 실행하면 도움이 될 수 있습니다.

더 나은 제안이 있습니까? 종자는 완벽하게 균일하게 분포 될 필요는 없지만, 분포가 균일할수록 더 좋습니다. 완벽하게 균일 한 분포를 가진 16 비트 시드는 현실화하기에는 너무 좋은 꿈이지만 5 또는 6 비트에 대한 중간 정도의 분포는 충분하다고 생각합니다.

병렬 저항과 커패시터를 A / D 핀과 접지 사이에 놓으십시오. A / D에 대한 입력 신호 임피던스 요구 사항보다 훨씬 높은 저항을 상당히 높게 설정하십시오. RC 시간을 약 10 µs로 일정하게 만드십시오. 예를 들어 100kΩ과 100pF는 좋은 조합처럼 들립니다.

임의성을 가진 값을 얻으려면 핀을 잠시 하이 드라이브로 구동 한 다음 높은 임피던스로 설정하고 몇 µs 후에 A / D 판독 값을 가져옵니다. 특히 A / D 획득 시간을 올바르게 남용하는 경우 표시되는 전압은 R 및 C 값, 핀 누설 전류, 기타 주변 소음 및 온도에 따라 달라집니다.

하위 비트 또는 하위 2 비트를 잡고 임의의 수의 임의 비트를 얻기 위해 필요한만큼 반복하십시오.

보다 임의의 패턴을 위해이 절차를 가끔 수행하고 이미 사용중인 난수 생성기에 A / D 결과의 하위 비트를 주입하십시오.

몇 가지 가능한 옵션 :

1. 각 장치에 대해 고유 한 일련 주소를 사전 프로그래밍하십시오. 충분한 RNG 알고리즘이 있으면 일련의 일련 주소 목록조차 매우 다른 결과를 생성합니다.

2. MCU / 설정에 따라 시스템 클록과 워치 독 타이머 / 타이머 카운터 입력에 사용할 수있는 두 가지 클록 소스가있을 수 있습니다. 이들 중 하나 / 둘 다에 상당한 차이가있는 경우이를 사용하여 적절히 다른 시드를 생성 할 수 있습니다. 다음은 Arduino의 내부 감시 타이머 및 외부 XTAL 시스템 시계를 사용하는 예제 입니다.

3. BJT 트랜지스터를 사용하고 베타 의존적 증폭기를 구축하십시오. 이것은 시드에 대한 ADC에서 읽을 수 있습니다.

4. 커패시터 / 인덕터는 일반적으로 저항보다 훨씬 더 나쁜 공차로 지정됩니다. 이것으로 일종의 필터 회로 (RC, RL, LC)를 구축하고 ADC로 출력을 측정 할 수 있습니다.

초기화되지 않은 메모리

마이크로 컨트롤러에서 초기화되지 않은 메모리를 사용하려고 할 수 있습니다. 트릭은 가장 '평형'플립 플롭이 있고 실제로는 랜덤 한 비트를 찾는 것입니다. 절차는 모든 메모리를 읽고 재설정하고 몇 번 반복하여 어떤 비트가 실제로 임의인지 측정하는 것입니다. 그런 다음이 맵을 사용하여 PRNG 또는 LFSR을 시드하기에 충분한 임의의 비트를 읽습니다!

이 방법은 당신에게 무작위 씨앗, 심지어 동일한 하드웨어로, 자세한 내용 (링크)을 얻었다이 해킹-A-일에서 사용할 수 있어야 기사

추가 회로 나 핀이 필요하지 않기 때문에이 방법이 마음에 듭니다. AVR에 이미 램이 있다면 불안정한 (무작위) 비트 만 찾으면됩니다. 또한 매핑 절차를 자동화 할 수 있습니다. 각 장치에 동일한 코드와 절차를 적용 할 수 있으며 실제로 임의의 결과를 얻을 수 있습니다!

무작위 기능을 가진 MP3 플레이어에서 내가 한 일은 전원을 켤 때마다 다른 순차적 시드를 사용하는 것입니다. 나는 1에서 시작하여 다음 전원 사이클에서 2 등을 사용하도록 이것을 EEPROM에 저장했습니다. 이것은 ATMEGA168에있었습니다. helloworld922가 지적했듯이 간단한 순차 시드조차도 완전히 다른 의사 랜덤 시퀀스를 생성합니다.

선형 합동 랜덤 시퀀스 생성기 중 하나를 사용했는데, 이는 균일 한 분포를 제공합니다.

int i;
seed = seed * 2053 + 13849;
i = (seed % max) + 1;  // max is the maximum value I want out of the function

물론 동일한 수의 전원주기를 가졌더라도 여러 장치가 서로 다른 시퀀스를 갖기를 원한다면 무작위로 시작해야합니다.

이것은 다른 포스터가 제안한 방법 중 하나를 통해 수행 할 수 있습니다. 필자가 생각할 수있는 한 가지 방법은 프로세서가있는 경우 AC 제로 크로싱을 사용할 수 있습니다 (예 : 램프 위상 제어)? 전원을 켠 후 첫 번째 교차점에서 타이머를 샘플링하고 시드로 사용할 수 있습니다.

모드 등을 선택하기위한 장치에 푸시 버튼이 있습니까? 따라서 MCU를 프로그래밍 한 후 버튼을 처음 누르면 카운터를 샘플링 할 수 있으므로 초기에 임의의 시드를 생성하여 EEPROM에 저장할 수 있습니다. 이 시점 이후의 모든 전원 공급은 저장된 시드를 사용합니다.

ADC는 무작위성에 대한 매우 좋은 소스입니다.

저항 공차에 의존 할 필요는 없습니다. 모든 저항은 열 잡음 을 발생 시킵니다 모든 샘플링 및 변환 단계를 수행 할 때 동일한 물리적 효과로 인해 ADC에 잡음이 발생합니다. (데이터 시트에 노이즈 양과 최악 / 최고의 구성 설정에 대한 정보가 있습니다.)

ADC 핀을 떠 다니지 마십시오. 이로 인해 전압이 너무 멀리 떨어지고 입력이 포화 될 위험이 있습니다.
(많은 MCU를 사용하면 교정을 위해 공급 전압의 절반과 같은 것을 ADC 입력으로 사용할 수 있습니다. 이렇게하면 외부 저항이 절약되고 여전히 노이즈가 발생합니다. 다시 말해 최악의 / 최상의 구성에 대한 데이터 시트를 참조하십시오.)

단일 ADC 측정에 의존 할 필요는 없습니다. 여러 측정을 간단한 해시 또는 체크섬 기능과 결합 할 수 있습니다 (CRC로 충분). RNG 사용을 즉시 시작해야하는 경우 나중에 ADC 결과를 현재 RNG 시드와 결합 할 수 있습니다.

시드를 세션마다 저장할 수 있습니까? 그렇다면 생성시 임의의 시간 동안 모든 장치를 켤 수 있습니까? 그렇게하면 모든 장치에 동일하지 않은 사전 설정 시드가 제공됩니다.

또 다른 생각 : 여러 장치를 어떻게 연결하여 동시에 켜는가? 직렬로 연결된 경우 n + 1 번째 디바이스가 n 번째 디바이스 다음에 몇 클럭 사이클을 시작하도록 일종의 커패시터를 추가하십시오. 이상적으로 커패시터는 장치 종료시 매우 빠르게 방전되므로 시작 / 재시동 할 때마다 시퀀스 사이에 더 큰 간격이 있습니다.

그것들이 병렬 인 경우에도 시동 시간을 조금 무작위로 지정할 수 있습니다. 커패시터를 사용하는 일종의 전력 여과가 있다고 가정합니다. 그렇다면 여과 회로가 약간 다른 장치를 제조하면 각 장치가 약간 다른 시간에 시작되어 여러 번 다시 시작한 후 분기가 발생합니다.

이에 대한 변형은 가능한 경우 클록 신호에 분산을 추가하는 것입니다. PRNG 테이블을 순회하는 속도를 변경하는 동안 클럭 속도의 0.1 % 차이는 조명 쇼에 거의 영향을 미치지 않을 수 있습니다.

내부 "보정 된"클럭 소스에서 실행중인 경우. EEPROM보다 선호되는 시간이 지난 후에 시드를 저장할 수 없었습니다. 시계가 표류하고 단위마다 다릅니다. 일정 시간이 지난 후 (매 10 분 정도 또는 장치의 정상 작동 시간 내에 발생할 수있을 정도로 짧은 시간 후) 새 값을 저장하려면 장치가 더 오래 켜져있을수록 더 많은 시간을 절약 할 수 있습니다. EEPROM에 "다른"값.

또한 장치가 켜져있는 동안 (EEPROM에이 새 값을 저장) 매번 한 번 도약 한 다음 (자주는 아님) 다시 시드하십시오.

LDR 또는 서미스터를 추가하여 다양한 저항을 기반으로 AD 변환의 원래 아이디어를 확장하는 것은 어떻습니까? (첫 번째는 외부에서 "보일 수 있어야"할 수 있을지 모르겠지만, 빛의 변화는 거의 같은 장소에서 같은 시간에 시작된 장치들 사이의 온도 변화보다 높을 수 있습니다. ..)

단위당 고유 한 시드가 필요하다고 가정하는 두 가지 잠재적 솔루션.

1. 출고시 장치를 하나씩 플래시하는 경우 프로그래머의 일부 중간 스크립트로 16 진 파일을 프로그래밍 방식으로 수정할 수 있습니다. PC로 제어되는 경우 날짜 및 시간으로 변수 초기화를 덮어 쓸 수 있습니다. 각 유닛마다 고유해야합니다!

2. Dallas 1 와이어 장치는 하나의 핀만 사용하며 각각 고유 한 64 비트 일련 번호가 제공됩니다. 이것을 씨앗으로 사용할 수 있습니다.

부동 ADC 핀을 남겨두고 난수 생성기 (RNG)에 포착 된 노이즈를 공급할 수 있습니다. 시드를 생성하거나 RNG 생성기로 사용하기에 충분해야합니다.

가능한 최소 변환 시간을 사용하는 것을 잊지 마십시오.

다른 솔루션은 ADC 핀에 적용된 노이즈 생성기 일 수 있습니다 .