Erzeugung eines digitalen Schlüssels
zur Anwendung in der Kryptographie.
Das Verschlüsselungsverfahren "One Time Pad" erfordert nicht
deterministische Schüssel.
Pseudozufallsfolgen sind folglich nicht geeignet.
Thermisches Rauschen hingegen ist ein bezüglich der auftretenden
Amplituden und Frequenzen
rein stochastischer physikalischer Vorgang, der für die Erzeugung
von Zufallsfolgen geeignet ist.
Die nachfolgend kurz beschriebene Schaltung besteht aus einem Rauschgenerator:
einer Abtast-Halte-Schaltung und einem Analogkomparator:
sowie einem Rechnerinterface.
Die ersten zwei Baugruppen sind bezüglich der Stromversorgung
symmetrisch aufgebaut.
Der Rauschgenerator erzeugt das stochastische analoge Signal mit Hilfe
eines ohmschen Widerstandes,
dem vier identische Verstärkerstufen zur Pegelanpassung
nachgeschaltet sind.
Das so verstärkte Rauschsignal wird mit einer
Abtast-Halte-Schaltung zu äquidistanten Zeitpunkten erfaßt
(Abtastphase) und kurzzeitig gespeichert (Haltephase).
Während der Haltephase vergleicht der Analogkomparator den
Signalpegel mit einem Referenzsignal.
Das Ergebnis dieses Vergleichs (logisch 0 oder 1) wird
schließlich vom Rechnerinterface
für die Übertragung zu geeigneten Blöcken gepackt und an
den Hostrechner übertragen.
Als Rechnerinterface dient ein kommerzieller Mikrocontroller mit
USB-Schnittstelle (AT90USB-Key
der Firma Atmel).
Der Mikrocontroller erzeugt auch den Takt für die
Abtast-Halte-Schaltung.
Für die Kommunikation zwischen USB-Key und Hostrechner
kann die bereits vorhandene Firmware (Salewski)
genutzt werden,
wobei einige spezielle Fuktionen zu ergänzen sind.
Eine mögliche Quelle für Determinismus ist die
Stromversorgung dann, wenn man hierfür Netzteile einsetzt.
Es werden deshalb Batterien verwendet.
Der Rauschgenerator und die Schaltungsteile zur
Analogsignalaufbereitung
werden aus voneiander getrennten Batterien versorgt.
Es werden jeweils 6 AAA-Monozellen und 6 AA-Monozellen verwendet.
Das Rechnerinterface erhält seine Betriebsspannung über das
USB-Kabel vom Hostrechner.
Der Betriebszustand wird je Stromversorgung durch eine Leuchtdiode
angezeigt.
Um eventuell vorhandene deterministische Einflüsse aus der
Umgebung zu minimieren,
wurde der Rauschgenerator einschließlich seiner Stromversorgung
in einem Metall-Gehäuse untergebracht.
Achtung. Wenn die Batterien gewechselt werden müssen, bitte unbedingt diese Anleitung beachten.
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Hier ein Bild des fertigen Gerätes ohne den oberen
Abschlußdeckel:
(Die rechts herausgeführten Drähte sind nur für die
Inbetriebnahme erforderlich. Danach entfallen sie. )
Zum Schluß noch eine Stückliste
der verwendeten Bauelemente:
Das fertige Gerät besteht aus drei Bau(Funktions)-Gruppen.
Als da wären :
1. Rauschgenerator
2. Digitalisierer + Pegelanpassung
3. USB-Anpassung
Zu 1.
4 x B061 voll ersetzbar durch TL061.
4 x 10nF (Koppel-C)
8 x 47nF (Abblock-C)
4 x 4,7K
4 x 100K
4 x 1,1M
1 x 43K (für Anzeige-LED)
1 x LED (niedrig-Strom-LED)
6 x AAA-Monozelle
1 x doppel-poliger Aus-Schalter
zu 2.
1 x AD783JQ (S&H-Schaltkreis)
1 x B061 (Komparator/Vergleicher)
4 x 47nF (Abblock-C)
1 x 47K (Trimm-Potentiometer)
1 x 100K (Trimm-Potentiometer)
2 x 18K
1 x 1,1M
1 x 43K (für Anzeige-LED)
1 x LED (niedrig-Strom-LED)
6 x AA-Monozelle
1 x doppel-poliger Aus-Schalter
Außerdem:
Diverse Batterie-Halterungen, 2 doppelpolige Ein/Aus-Schalter,
die USB-Baugruppe und das Gehäuse.
Baugruppe 1 und 2 sind hier auf Lochraster-Material gelötet worden.
Die 2 doppelpoligen Schalter und die Batterie-Halterungen und
alles Andere wurde in ein fertig zugekauftes Gehäuse montiert.