本發(fā)明屬于計算機算法領域，具體地說涉及一種計算機、特別是單片機適用的偽隨機數(shù)種子生成方法。

背景技術：

隨機數(shù)在信息通訊、數(shù)據(jù)加密、計算機數(shù)據(jù)處理等領域應用廣泛，特別是在無線通信防碰撞設計、數(shù)據(jù)加密通訊和認證等技術領域，隨機數(shù)是關鍵基礎和安全的保障。

在計算機或單片微機中使用的隨機數(shù)并非嚴格意義上的“隨機數(shù)”，而是按照一定的數(shù)學方法產(chǎn)生的數(shù)列，但只要這種數(shù)列符合均勻性、抽樣隨機性等統(tǒng)計要求，便被當作隨機數(shù)來使用，并稱為偽隨機數(shù)。

計算機偽隨機數(shù)的生成需要一個高隨機性的種子（初值），通過一定的算法，生成偽隨機數(shù)列，從中選取偽隨機數(shù)使用。種子的取得多種多樣，大多通過采樣各類傳感器數(shù)據(jù)、讀取存儲器或寄存器數(shù)據(jù)、讀取時間或開機時長數(shù)據(jù)、人工輸入數(shù)據(jù)、預先保存的數(shù)據(jù)等方式獲取。

不同的計算機或處理器系統(tǒng)的硬件資源不同，而且數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)需要的隨機數(shù)的范圍也各不相同。通過上述方式取得的種子往往不適合直接使用，需要縮減或者擴展長度，特別是單片機運算資源有限，需要對種子先期處理，提高種子的隨機性和適用性。通常對種子僅做簡單的截取或拼接后使用，或者不做處理直接使用。這樣當隨機數(shù)列僅生成一次，而多次使用隨機數(shù)僅從該數(shù)列中依次選取時，對隨機數(shù)的隨機性影響不大；但如果資源有限，使用隨機數(shù)時都重新生成數(shù)列或使用過程中存在多次生成隨機數(shù)列時，偽隨機數(shù)的隨機性就大大降低了。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種偽隨機數(shù)種子的生成方法。本發(fā)明主要分為三個步驟，根據(jù)數(shù)據(jù)初值的大小，分兩種情況，采用兩種不同的處理方法生成偽隨機數(shù)種子。

本發(fā)明的生成方法按如下步驟實現(xiàn)：

（1）第一步：通過AD轉換器采樣傳感器（如溫度傳感器）數(shù)據(jù)，或讀取系統(tǒng)時間或開機時長數(shù)據(jù)，得到數(shù)據(jù)的初值，但初值位數(shù)長度不滿足隨機數(shù)長度要求。

（2）第二步：

1）當數(shù)據(jù)初值長度大于隨機數(shù)的長度或數(shù)據(jù)初值大于最大可取隨機數(shù)時，采用按權分段法將數(shù)據(jù)初值分成若干個子數(shù)據(jù)。

2）當數(shù)據(jù)初值長度小于隨機數(shù)的長度時，采用鏡像法得到數(shù)據(jù)初值的鏡像數(shù)據(jù)。

（3）第三步：

1）當數(shù)據(jù)初值長度大于隨機數(shù)的長度或數(shù)據(jù)初值大于最大可取隨機數(shù)時，將得到的若干個子數(shù)據(jù)進行非進位加運算得到偽隨機數(shù)種子；或者將得到的若干個子數(shù)據(jù)進行累加得到數(shù)據(jù)中間值，若該中間值符合隨機數(shù)長度要求，即得到偽隨機數(shù)種子。若該中間值依然比偽隨機數(shù)種子長度大，重復第二步和本步，直到得到符合要求的偽隨機數(shù)種子，或采用截斷處理直接得到偽隨機數(shù)種子。

2）當數(shù)據(jù)初值長度小于隨機數(shù)的長度時，將得到的初值鏡像數(shù)據(jù)乘以W的N次方。其中W為采用的數(shù)制進制，N為自然數(shù)，N等于數(shù)據(jù)初值長度?；蛘弋旊S機數(shù)長度大于等于2倍數(shù)據(jù)初值長度時，N等于數(shù)據(jù)初值長度，反之N等于隨機數(shù)長度與數(shù)據(jù)初值長度之差。使初值鏡像放大到2倍數(shù)據(jù)初值長度，或者放大到剛好等于偽隨機數(shù)的長度（偽隨機數(shù)長度小于2倍數(shù)據(jù)初值長度時）。使用0替換掉所得數(shù)據(jù)的低端長度等于數(shù)據(jù)初值的部分，再與數(shù)據(jù)初值進行加運算或者非進位加運算?；蛘邔?shù)據(jù)初值與初值鏡像對調(diào)進行上述運算處理，得到數(shù)據(jù)中間值。若該中間值大于偽隨機數(shù)種子長度，采用截斷處理得到偽隨機數(shù)種子；若該中間值依然比偽隨機數(shù)種子長度小，重復第二步和本步，直到得到符合要求的偽隨機數(shù)種子。

所述的按權分段法是指選取某個數(shù)做為權基數(shù)——該權基數(shù)應在最大可取偽隨機數(shù)（或比最大可取偽隨機數(shù)長度大1的最小數(shù)）到最高權重僅次于最大偽隨機數(shù)最高權重的最大數(shù)之間，宜取最大可取偽隨機數(shù)（或比最大可取偽隨機數(shù)長度大1的最小數(shù)）——以該權基數(shù)的0、1、2……n次方（n為自然數(shù)）為權重，將對象數(shù)據(jù)分成若干個數(shù)據(jù)之和，再除以對應權重后得到若干個子數(shù)據(jù)段的方法。

所述的鏡像法是指按數(shù)據(jù)的數(shù)制，將數(shù)據(jù)的低端位上的數(shù)字與數(shù)據(jù)高端位上的數(shù)字依次對調(diào)，即第0位與最高位、第1位次高位，依次類推地對調(diào)，得到新數(shù)據(jù)的方法。

所述的截斷處理是指從數(shù)據(jù)的低端或者高端，去掉一定長度的數(shù)據(jù)位，保留另一端數(shù)據(jù)位為新數(shù)據(jù)的處理方法。

所述的非進位加運算是指數(shù)據(jù)進行加法運算，當任何數(shù)據(jù)位相加有進位產(chǎn)生時，都舍掉進位，僅保留非進位部分的運算方法，當采用二進制時即為異或。

作為優(yōu)選，所述的按權分段法選用10的自然冪指數(shù)或者16的自然冪指數(shù)為權基數(shù)。

作為優(yōu)選，所述的截斷處理從數(shù)據(jù)的高端截掉，保留低端數(shù)據(jù)。

具體實施方式

實施例1

采用10進制數(shù)，生成0到10000的隨機整數(shù)（0到10000的隨機數(shù)主要集中在4位數(shù)區(qū)域，因此可認為隨機數(shù)長度為4）。

1）第一步：從9位AD中采樣溫度傳感器數(shù)據(jù)，得到數(shù)據(jù)初值為185；

2）第二步：數(shù)據(jù)初值185偏小，長度為3,應使用鏡像法進行擴展。將個位數(shù)5與百位數(shù)1對調(diào)，十位數(shù)8居正中無須對調(diào)，得到初值鏡像581；

3）第三步：①隨機數(shù)主要集中在4位數(shù)長度，數(shù)據(jù)初值長度為3,其長度差為1,因此可以將初值鏡像581乘以10的1次方，得到5810，使用“0”替換低3位得到5000（或1000），與初值（或初值鏡像）相加，得到偽隨機數(shù)種子5185（或1581）；②或者數(shù)據(jù)初值長度為3,直接將初值鏡像581乘以10的3次方，得到581000,與數(shù)據(jù)初值相加，得到581185,截斷高2位數(shù)據(jù)，得到偽隨機數(shù)種子1185,或者截斷低2位數(shù)據(jù)，得到偽隨機數(shù)種子5811；③或者隨機數(shù)主要集中在4位數(shù)長度，數(shù)據(jù)初值長度為3,其長度差為1，將數(shù)據(jù)初值185乘以10的1次方, 得到1850，使用“0”替換低3位得到1000，與初值鏡像相加，得到偽隨機數(shù)種子1581；④數(shù)據(jù)初值長度為3,直接將數(shù)據(jù)初值185乘以10的3次方，得到185000,與初值鏡像相加，得到185581,截斷高2位數(shù)據(jù)，得到偽隨機數(shù)種子5581,或者截斷低2位數(shù)據(jù)，得到偽隨機數(shù)種子1185。

實施例2

采用2進制數(shù)，生成0到10000（二進制為10011100010000）的隨機數(shù)（隨機數(shù)種子宜為13位）。

1）第一步：從9位AD中采樣溫度傳感器數(shù)據(jù)，得到數(shù)據(jù)初值為185（0b010111001）；

2）第二步：數(shù)據(jù)初值0b010111001為9位，小于偽隨機數(shù)種子的適宜長度13位，將數(shù)據(jù)初值0b010111001做鏡像對調(diào)，即第0位與第8位對調(diào)，第1位與第7位對調(diào)……第4位自身對調(diào)仍為第4位，得到初值鏡像0b100111010；

3）第三步：①偽隨機數(shù)種子長度與數(shù)據(jù)初值長度之差為4,將初值鏡像0b100111010乘以2的4次方（左移4位），得到0b1001110100000，使用“0”替換低9位（與0x1E00求與）得到0b1001100000000，與數(shù)據(jù)初值0b010111001相加，得到偽隨機數(shù)種子0b1001110111001（5049）；②或者數(shù)據(jù)初值長度為9位，直接將初值鏡像乘以2的9次方，得到0b100111010000000000,與數(shù)據(jù)初值相加，得到0b100111010010111001,截斷高5位數(shù)據(jù)，得到偽隨機數(shù)種子0b1010010111001（5305）,或者截斷低5位數(shù)據(jù)，得到偽隨機數(shù)種子0b1001110100101（5029）；③或者偽隨機數(shù)長度為13位，數(shù)據(jù)初值長度為9,其長度差為4，將數(shù)據(jù)初值0b010111001乘以2的4次方, 得到0b0101110010000，使用“0”替換低9位得到0b0101000000000，與初值鏡像相加，得到偽隨機數(shù)種子0b0101100111010（2874）；④數(shù)據(jù)初值長度為9,直接將數(shù)據(jù)初值0b010111001乘以2的9次方，得到0b010111001000000000,與初值鏡像0b100111010相加，得到0b010111001100111010,截斷高5位數(shù)據(jù)，得到偽隨機數(shù)種子0b1001100111010（4922）,或者截斷低2位數(shù)據(jù)，得到偽隨機數(shù)種子0b0101110011001（2969）。

實施例3

采用10進制數(shù)，生成0到100的隨機整數(shù)（隨機數(shù)種子宜為2位）。

1）第一步：從9位AD中采樣溫度傳感器數(shù)據(jù)，得到數(shù)據(jù)初值為185；

2）第二步：數(shù)據(jù)初值185為3位，比隨機數(shù)種子長度大1位，且比可取偽隨機數(shù)大。使用按權分段法，取最大可取偽隨機數(shù)100為權基數(shù)，使用100⁰和100¹為權重將數(shù)據(jù)185拆分為100加85，分別除以對應權重得到子數(shù)據(jù)1和85；

3）第三步：數(shù)據(jù)初值長度大于隨機數(shù)種子長度，使用按權分段處理。將子數(shù)據(jù)1和85相加（或非進位加），得到偽隨機數(shù)種子86。

實施例4

采用2進制數(shù)，生成0到100（二進制為0b1100100）的隨機數(shù)（隨機數(shù)種子宜為7位）。

1）第一步：從9位AD中采樣溫度傳感器數(shù)據(jù)，得到數(shù)據(jù)初值為0b010111001；

2）第二步：數(shù)據(jù)初值0b010111001的有效數(shù)據(jù)為0b10111001，長度為8，比隨機數(shù)種子長度長，且比最大可取偽隨機數(shù)大。使用按權分段法，取長度比隨機數(shù)種子大1的最小數(shù)2⁷（0b10000000 ，即128）為權基數(shù)，使用2⁰和2⁷為權重將數(shù)據(jù)初值0b010111001拆分為0b10000000加0b111001，分別除以對應權重得到子數(shù)據(jù)0b1和0b111001；

第三步：數(shù)據(jù)初值長度大于隨機數(shù)種子長度，使用按權分段處理。將子數(shù)據(jù)0b1和0b111001相加，得到偽隨機數(shù)種子0b111010（58）；或將子數(shù)據(jù)0b1和0b111001異或，得到偽隨機數(shù)種子0b111000（56）。