Монеты, кости, барабаны,
различные экзотические механизмы с шарами и пр. хорошо известны по многочисленным
лотереям, играм, жеребьевкам и т.п. Их назначение состоит прежде всего в том,
чтобы в процедуре, исключающей приоритет, выбрать одно событие из N равновозможных.
Но устройство такого назначения может быть выполнено и без применения механических
средств*.
На рис.115 приведена принципиальная
схема электронного датчика случайных чисел, в котором NО{2,
3,…, 62, 63} - т.е. N может быть любым числом из этого множества.
Элементы DD4.1 и DD4.2
составляют триггер. При нажатии кнопки SB1 он переходит в состояние, при котором
на выходе элемента DD4.1 появляется 1 — напряжение высокого уровня. Оно сохраняется
до тех пор, пока импульс с выхода элемента DD5.2, возникающий в момент отпускания
кнопки, не возвратит триггер в исходное состояние.
Элементы DD4.3 и DD4.4
и кварцевый резонатор ZQ1 составляют генератор, возбуждающийся при появлении
напряжения высокого уровня на входе (выв. 13) элемента DD4.3. Десятичный счетчик,
выполненный на микросхемах DD1 и DD2 и работающий синхронно с двоичным счетчиком
DD3, - демонстрационный: его состояние отображает табло, составленное из люминесцентных
индикаторов HG1 и HG2. Резистор R6 и набор диодов VD1…VD6 составляют конъюнктор
— схему, реализующую логическую функцию «И». Какие именно входы этого «И» будут
активизированы, зависит от перемычек на контактном поле XX. В соответствии с
«весами» разрядов счетчика DD3 этими перемычками выставляют желаемую величину
N.
Так, задействованный на
схеме набор перемычек соответствует N=4+32=36. Легко видеть, что при переходе
счетчика DD3 в состояние «36» (100100) на выходе элемента DD5.4 возникает импульс,
возвращающий все счетчики устройства в исходное состояние. Этому состоянию будут
соответствовать «0» на всех выходах счетчика DD3 и «1» на тех выходах демонстрационных
счетчиков DD1 и DD2, которые потребуются для изображения символа «0» на индикаторах
HG1 и HG2. При N=36 последовательность состояний в счетчиках будет: 0, 1, 2,…,
34, 35, 0, 1, 2,…
.
На рис. 115 справа внизу
показаны и некоторые другие позиции контактных перемычек на поле XX.
Каков принцип формирования
случайных чисел в этом автомате? При нажатии кнопки SB1 включается генератор
и счетчики делают множество «оборотов» - полных по модулю N циклов. При отпускании
кнопки счет прекращается и на счетчиках остается «хвост» - младшие разряды общего
числа импульсов, поступивших за это время на их С-входы. Они и высвечиваются
на табло. Процедура похожа, очевидно, на бросание монеты.
В устройство могут быть,
конечно, внесены изменения. Люминес- центные индикаторы можно заменить светодиодными,
подключив
Рис. 115.
Электронный «кубик»
их сегменты к выходам демонстрационных
счетчиков так, как это показано на рис. 116. Кварцевый генератор тоже не обязателен.
Его может заменить RC-генератор, возбуждающийся на частоте не менее 25 кГц (кварцевый
резонатор заменяют конденсатором емкостью 2000 пФ, сопротивление резистора R4
уменьшают до 2…3 кОм).
Конечно, не предел здесь
и N=63. Заменив шестиразрядный счетчик DD3 более длинным (например, двенадцатиразрядным
К1561ИЕ20) и дополнив диодно-резисторный «И» еще одним диодом, можно довести
N до 99. А введя еще один демонстрационный счетчик и индикатор (на «сотни»)
и увеличив общее число диодов в «И» до десяти, можно построить «кубик» с тысячью
«граней» (N=999).
Электронный «кубик» не
требует наладки. Но в равновероятности генерируемых им чисел полезно убедиться,
набрав многочисленными пробами достаточный для этого материал.
Одно из возможных применений
такого генератора - формирование кодового числа для охранной системы. Установив
N=10 и «бросив» электронный «кубик» М раз, получим М-разрядное десятичное число-код.
В нем не будет никаких особенностей - ни размера обуви, ни года рождения, ни
номера паспорта, ни числа «п» или «е», ни температуры абсолютного нуля, ни каких-либо
других удобных для владельца - и для электронного «взломщика» тоже! — чисел.
Узнать, «расколоть» полученное таким образом число можно лишь методом проб и
ошибок, перебором. А такого рода попытки нетрудно обнаружить и пресечь в самом
их начале.
*) Важную роль в таких устройствах
играет, конечно, наглядность выбора, его очевидная равновероятность. Электронные
устройства в этом отношении уступают механическим. И не только в наглядности,
которую так или иначе можно имитировать. В них особенно легко встраивается и
непросто обнаруживается тайный приоритет.
