УСТРОЙСТВО ГЕНЕРАЦИИ СЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ СИСТЕМЫ СТИМУЛИРОВАНИЯ ПРОДАЖ И РОЗЫГРЫША ПРИЗОВ

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к устройству генерации случайных чисел для предоставления случайного числа, а более конкретно к устройству генерации реальных случайных чисел для применения, в частности, в системе стимулирования продаж и розыгрыша призов Team Vortex.

Уровень техники

Генерация случайных чисел требуется для многих применений, например, для шифровальных применений, стохастических моделирований, тестов программного обеспечения и аппаратного обеспечения, игр, лотерей и соревнований или также искусства и музыки. В связи с увеличенным спросом на случайно сгенерированные числа, комбинации чисел или числовую матрицу, подобные случайные числа предлагаются для различных целей применения на интернет-платформах.

В действительности, большинство случайных чисел, получаемых известными широко распространенными генераторами случайных чисел, реализованными, например, посредством компьютерных программ, являются псевдослучайными числами, поскольку эти числа генерируются предсказуемым образом с использованием алгоритма или математической формулы. Такие генераторы случайных чисел, являющиеся по сути генераторами псевдослучайных чисел, могут быть использованы для многих целей. Однако применение генераторов псевдослучайных чисел, например, в системах розыгрыша призов, влечет за собой риск мошенничества, поскольку алгоритм работы применяемого генератора псевдослучайных чисел может быть раскрыт злоумышленником.

Из уровня техники известен способ получения произвольного количества случайных чисел, известный из патентной публикации DE 4213988 A1, МПК G06F 7/58, Н03K 3/84, опубл. 04.11.1993 г. Согласно данному известному способу, принимается электромагнитное фоновое излучение пространства и генерируется битовая последовательность из амплитуд этого фонового излучения, превышающего, по меньшей мере, пороговое значение. Данный способ осуществляется при помощи устройства генерации случайных чисел, содержащего приемник фонового излучения в области приблизительно 3 К, процессор с аналого-цифровым преобразователем, цепь порогового значения и разрядную линию для преобразования цифровых сигналов в последовательность бит.

К недостаткам данного устройства следует отнести сложность его реализации, а также размеры такого устройства.

Наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого устройства генерации случайных чисел является генератор реальных случайных чисел для системы беспроводной связи, известный из патентной публикации CN 106027238 A, МПК H04L 9/08, H04W 12/02, опубл. 12.10.2016 г. Устройство, определенное в качестве наиболее близкого аналога предлагаемого изобретения, содержит источник случайных чисел, схему извлечения и схему последующей обработки, при этом исходный шум источника усиливается, смешивается и фильтруется, а затем происходит аналого-цифровое преобразование исходного шума источника для формирования цифровых случайных чисел. Таким образом, получают последовательность реальных случайных чисел

Недостатком решения, являющегося наиболее близким аналогом предлагаемого устройства, является сложность его реализации. Также к недостаткам решения, являющегося наиболее близким аналогом предлагаемого устройства, следует отнести получение одинаковых случайных чисел при помощи одновременного использования таких решений, таким образом, предоставляя возможность злоумышленникам получить доступ к сведениям о случайном числе.

Сущность изобретения

Технической проблемой, решаемой предлагаемым устройством, является устранение недостатков прототипа, а также исключение возможности получения злоумышленниками сведений о случайном числе.

Решение указанной технической проблемы заключается в том, что для работы предлагаемого устройства в качестве исходного сигнала для генерации случайных чисел используют шум радиоэфира метрового и/или сантиметрового и/или дециметрового диапазона волн, поскольку процесс формирования такого шума и, следовательно, сам шум радиоэфира, является случайным процессом, складывающимся из радиоволн различного происхождения, а именно - происходящих от излучения находящегося на пути волны источника шума (от деятельности человека), возникающих от естественных явлений природы (грозы) на Земле, также вследствие наличия радиоволн космического происхождения, источником которых является столкновение межзвездного газа, слияния звезд, вспышка сверхновой и т.д.

Техническим результатом от использования предлагаемого изобретения является получение реального случайного числа, которое невозможно предсказать или сгенерировать при помощи аналогичного устройства.

Технический результат достигается за счет того, что предлагаемое устройство генерации случайных чисел, содержащее приемную антенну, усилитель радиочастотного сигнала, смеситель, генератор, управляемый напряжением, и фильтр промежуточной частоты, при этом приемная антенна соединена с входом усилителя радиочастотного сигнала, выход которого соединен с сигнальным входом смесителя, опорный вход которого соединен с генератором управляемым напряжением, выход смесителя соединен с входом фильтра промежуточной частоты, дополнительно содержит: микроконтроллер, содержащий энергонезависимую память для хранения таблицы радиочастот, и датчик температуры, при этом выход фильтра промежуточной частоты соединен с первым входом микроконтроллера, второй вход которого соединен с датчиком температуры, причем первый выход микроконтроллера соединен с управляющим входом генератора управляемого напряжением, а второй вход-выход микроконтроллера соединен с приемопередатчиком для получения сигналов управления от сервера и передачи на него случайного числа.

В предпочтительном варианте осуществления предлагаемого изобретения, приемная антенна, усилитель радиочастотного сигнала и смеситель выполнены с возможностью, соответственно, приема, усиления и переноса на промежуточную частоту сигналов метровых и/или дециметровых и/или сантиметровых диапазонов волн, полученных из шума радиоэфира.

Предлагаемое устройство генерации случайных чисел в качестве источника шума использует шум радиоэфира, что позволяет получить случайное число, которое невозможно предсказать или рассчитать.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем настоящее изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения со ссылками на чертеж, на котором показана структурная схема предлагаемого устройства генерации случайных чисел системы стимулирования продаж и розыгрыша призов.

На чертеже позициями обозначены следующие блоки и функциональные узлы предлагаемого устройства:

- приемная антенна (1);

- усилитель радиочастотного сигнала (2)

- смеситель (3);

- генератор, управляемый напряжением, (4);

- фильтр промежуточной частоты (5);

- микроконтроллер (6) с энергонезависимой памятью (7);

- датчик температуры (8);

- приемопередатчик (9).

Осуществление изобретения

Предлагаемое устройство генерации случайных чисел системы стимулирования продаж и розыгрыша призов работает следующим образом.

Для получения случайного числа предлагаемым устройством не требуется ручной настройки приемника на определенную частоту, поскольку для работы предлагаемого устройства предпочтительно использовать шум радиоэфира метрового и/или сантиметрового и/или дециметрового диапазона волн.

Известно, что на свободных частотах даже при помощи обычного радиоприемного устройства, работающего, например, в диапазоне от 88 МГц до 108 МГц, можно слышать шумы, помехи, щелки и трески. Природа происхождения таких шумов заключается в следующем.

Существует несколько источников таких шумов.

Одним из таких источников являются естественные радиопомехи - это помехи, которые возникают при грозах, обнаруженные еще в XIX веке при изобретении грозоотметчика. Позднее обнаружилось, что шумов значительно больше, причем повышенное количество шумов наблюдается даже во время хорошей погоды, что означало, что современные радиоприемные устройства способны регистрировать шум от грозы на больших расстояниях. Известно, что в каждый момент времени на планете Земля происходит от 100 до 300 гроз, что частично объясняет наличие шумов в радиоэфире.

Вторым источником шумов, а в пределах населенных пунктов и в крупных городах, наиболее значимым источником шумов является деятельность человека, поскольку с точки зрения природы, цивилизация производит наибольшее число звуков и помех (в частности, от бытовых электроприборов, беспроводных устройств связи и т.д.).

Третий источник шумов в радиоэфире был открыт в XX веке после проведения исследований космического пространства при помощи радиоволн. Результаты исследований показали, что значительное число радиопомех на Землю приходит из космоса. Причем основная масса этих помех приходит из центра нашей галактики и располагается вдоль всей нашей галактики. Помимо этого, исследования показали, что радиопомехи возникают даже за пределами нашей галактики. Безусловно, данные источники в той или иной мере сказываются на выходном сигнале обычных портативных радио. При этом причиной возникновения шума в радиоэфире является результат столкновения межзвездного газа и слияния разных звезд, вследствие которого возникают радиоволны, которые можно услышать наземных радиостанциях.

Таким образом, шум в радиоэфире возникает не только от находящегося на пути волны источника шума, но и в результате естественных явлений, и даже космического взаимодействия тел, что, в свою очередь, дает основание утверждать, что процесс формирования такого шума и, следовательно, сам шум радиоэфира является случайным процессом.

Предлагаемое устройство генерации случайных чисел в качестве источника шума использует шум радиоэфира, что позволяет получить случайное число, которое невозможно предсказать путем предварительных расчетов.

Микроконтроллер функционирует под управлением программного обеспечения, разработанного автором предлагаемого изобретения. В качестве такого программного обеспечения может быть использована программа для ЭВМ по заявке №2017615420/69 от 07.06.2017 г., правообладателем которой является ООО «РусХОЛТС». Данная программа предназначена для функционирования микроконтроллера (6) в составе предлагаемого изобретения. Программа хранится энергонезависимой памяти (7) микроконтроллера (6).

Помимо прочего, программа, под управлением которой функционирует микроконтроллер (6), при наступлении установленного события предписывает микроконтроллеру (6) через приемопередатчик (9) передавать данные, содержащие случайное число, на сервер (на фиг. не показан), на котором производится выбор случайного приза из списка заданных призов (розыгрыш), имеющихся в точке продаж, из которой поступил первоначальный запрос. После проведения розыгрыша программа, под управлением которой функционирует микроконтроллер (6) осуществляет коррекцию выданных и оставшихся призов и сообщает клиенту о выигрыше или проигрыше (если он предусмотрен) путем вывода на экран и/или печати чека.

Микроконтроллер (6) через антенну (1), усилитель радиочастотного сигнала (2), смеситель (3) и фильтр промежуточной частоты (5) получает и осуществляет аналого-цифровое преобразование шумов. При аналого-цифровом преобразовании шумов, значение амплитуды шума, превышающее заданное, получается в качестве единицы, а значение амплитуды шума, находящееся в пределах заданного значения, получается в качестве нуля. Таким образом, микроконтроллер принимает последовательность нулей и единиц.

Микроконтроллер (6) также учитывает результат предыдущих случайных чисел (розыгрышей) и данные о температуре от датчика температуры (8). Микроконтроллер (6) вычисляет индекс таблицы радиочастот, хранящейся в энергонезависимой памяти (7) и получает частоту для генератора управляемого напряжения (4), задавая, таким образом, его частоту.

В процессе работы системы стимулирования продаж и розыгрыша призов Team Vortex, возникает необходимость сгенерировать случайное число (для выбора приза из списка). Для исключения возможности появления псевдослучайных последовательностей (и возможности предугадать какой приз получит клиент) сервер отправляет запрос на устройство генерации случайных чисел. В запросе указывается диапазон, в котором нужно сгенерировать случайное число.

Во многих языках программирования есть функция Rnd(), которая возвращает псевдослучайное число от 0 до 1. Для того, чтобы масштабировать это число, применяют эту формулу, задавая диапазон. В данном устройстве масштабированием занимается микроконтроллер, программно. Аналогично работают функции: х=max⋅Rnd()+min.

Запрос поступает в микроконтроллер (6).

Генератор, управляемый напряжением, (4) работает в стандартном режиме. Таким образом, микроконтроллер (6) настраивает генератор, управляемый напряжением, (4), который, в свою очередь, начинает генерировать несущую частоту для приемника.

Принимаемый сигнал через усилитель радиочастотного сигнала (2) поступает на смеситель (3), на второй вход которого подается сигнал от генератора управляемого напряжением (4). Таким образом, на выходе смесителя (3) появляется сигнал с частотой, равной сумме и разности частот генератора управляемого напряжением (4) и принимаемой радиочастоты. Промежуточная частота выделяется фильтром промежуточной частоты (5) и поступает на вход аналого-цифрового преобразователя микроконтроллера (6), где преобразуется в небольшую цифровую последовательность в кольцевом буфере.

В зависимости от необходимого диапазона случайного числа выделяется часть данных из буфера, упаковывается в пакет и отправляется в ответ на запрос серверу. Вся процедура между запросом и ответом занимает меньше секунды и обусловлена быстродействием микроконтроллера, временем настройки ФАПЧ на рабочую частоту и частотой выборки АЦП микроконтроллера (6).

Сервер (не показан) передает сигнал запроса на предлагаемое устройство, которое через приемопередатчик (9) поступает на второй вход-выход микроконтроллера (6).

В ответ на сигнал запроса микроконтроллер (6) через приемопередатчик (9) отправляет случайное число на сервер.

После каждой отправки микроконтроллером (6) сигнала ответа на сервер, путем использования таблицы радиочастот (7) происходит смещение настройки частоты генератора управляемого напряжением (4).

Также дополнительную случайность вносит температура окружающей среды, измеряемая датчиком температуры (8), сигнал от которого поступает в микроконтроллер (6), который, аналогично использованию таблицы радиочастот (7), изменяет настройку частоты генератора управляемого напряжением (4).

Таким образом, случайность обеспечивается по трем критериям:

1) принимаемые значения шума, являющиеся по своей природе случайными;

2) путем изменения частоты генератора управляемого напряжением (4) в зависимости от результата предыдущего случайного числа;

3) температура окружающей среды.

Входящие в состав предлагаемого устройства генерации случайных чисел антенна (1), усилитель радиочастотного сигнала (2), смеситель (3), генератор, управляемый напряжением, (4) и фильтр промежуточной частоты (5) являются общеизвестными блоками в области приемных устройств и в их качестве могут быть использованы блоки, входящие в состав обычного супергетеродинного радиоприемника, например, УКВ диапазона. Генератор, управляемый напряжением, (4) является цифровым с фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ).

Таблица радиочастот представляет из себя список каналов, хранящийся в энергонезависимой памяти (7) микроконтроллера (6), каждому из каналов при этом соответствует своя частота генератора, управляемого напряжением (4). Таблица радиочастот реализована программно и входит в состав вышеупомянутой программы, под управлением которой функционирует микроконтроллер. Таблица радиочастот, хранящаяся в энергонезависимой памяти микроконтроллера, представляет собой список каналов, каждый из которых имеет свою частоту. Микроконтроллер (6) под управлением программы осуществляет выбор канала из списка и получает определенную частоту, на которую настраивается генератор, управляемый напряжением, (4).

Микроконтроллер (6) может быть реализован на микросхеме серии ATmega или STM32. Встроенный в данные микросхемы аналого-цифровой преобразователь (АЦП) настроен на максимальную частоту дискретизации. С определенной периодичностью значения частоты дискретизации АЦП заносятся в кольцевой буфер для последующей обработки.

Для необходимого распределения случайностей, в микроконтроллере (6) предусмотрен кольцевой буфер, в котором хранятся одна или более последних результатов генерации. Кольцевой буфер реализован при помощи EEPROM-памяти (англ. electrically erasable programmable read-only memory, электрически стираемое перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство (ЭСППЗУ), являющееся одним из видов энергонезависимой памяти (таких, как PROM и EPROM); память такого типа может стираться и заполняться данными до миллиона раз) микроконтроллера (6). При пропадании питания данные в ячейках памяти сохраняются. Также в микроконтроллере (6) программно реализован фильтр, который предотвратит повторную выдачу одного и того же результата в течении нескольких запросов.

Сервер, с которого отправляется сигнал запроса предлагаемому устройству генерации случайных чисел, не входит в состав заявленного устройства. Данный сервер может быть выполнен на базе персонального компьютера, ноутбука, планшетного компьютера, смартфона или иного аналогичного устройства.

Датчик температуры (8) может быть реализован на базе модуля измерения температуры DS18b20, который предоставляет микроконтроллеру (6) информацию о температуре окружающей среды точностью до сотых градуса. Данные, поступающие с датчика температуры (8) используются микроконтроллером (6) при выборе индекса в таблице каналов.

Промышленная применимость

Все технические средства и обеспечивающее их работу программное обеспечение, применение которых предусмотрено изобретением, разрабатываются и выпускаются как отечественными промышленными предприятиями, так и ведущими компаниями зарубежных стран.

Предусмотренное изобретением взаимодействие средств реализуется в известных процессах различного назначения в области телекоммуникаций и информационных технологий. В процессе изготовления всех блоков и узлов, входящих в состав предлагаемого устройства генерации случайных чисел, также может быть использовано типовое, стандартное промышленное оборудование, известные материалы и комплектующие изделия.