Способ и устройство для генерирования истинно случайных чисел и игровая система

Группа изобретений относится к области генерирования случайных чисел и может быть использовано в игровых системах. Техническим результатом является создание генератора истинно случайных чисел на основе квантово-оптического процесса. Устройство содержит: источник света, способный генерировать последовательность импульсов в виде одиночных фотонов в световом луче; по меньшей мере два детектора, каждый из которых предназначен для обнаружения одиночных фотонов в световом луче, посредством чего осуществляется предоставление сигналов детекторов; и средства управления, при этом каждый из детекторов для обнаружения одиночных фотонов содержит по меньшей мере одну квантовую точку; и при этом детекторы расположены в эквивалентном поперечном пространственном положении вероятности обнаружения одиночных фотонов в световом луче; и при этом средства управления конфигурированы для управления генерированием последовательности импульсов в виде одиночных фотонов и для регистрации сигналов детекторов для генерирования истинно случайных чисел, при этом источник света для генерирования последовательности импульсов в виде одиночных фотонов основан на структуре квантовых точек. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Данное изобретение, в общем, относится к области генерирования случайных чисел и, в частности, к способу и устройству для генерирования истинно случайных чисел на основе квантово-оптического процесса. Еще конкретнее, настоящее изобретение относится к генерированию истинно случайных чисел с использованием квантовой механики для игровых систем.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Случайные числа в высшей степени важны во многих применениях. Например, в криптографии необходимо их соответствующее использование для генерирования криптографических ключей или для инициализации некоторых переменных в криптографических протоколах. Они также находят применение в различных других областях, таких, как численное моделирование и статистика.

В игровой индустрии в современных игровых машинах для определения выигрышей по ставкам и призовых результатов используются генераторы псевдослучайных чисел. В генераторе псевдослучайных чисел применяется детерминированный математический алгоритм, который генерирует последовательность «казалось бы» случайных чисел. Однако, как предполагает термин «псевдо», последовательность чисел, генерируемая генератором псевдослучайных чисел, вообще не является случайной. Псевдослучайные числа генерируются с использованием арифметического алгоритма, содержащего на выходе числа, которые способны проходить большинство статистических испытаний на случайность. Эти алгоритмы принимают в качестве ввода параметр инициализации, известный как затравка, и итерационно вырабатывают числа. Однако это является полностью детерминированным и, в конечном итоге, повторяет себя самое. При заданной переменной, которая определяет последовательность, числа являются (при условии больших или меньших усилий) предсказуемыми, что в такой же мере служит причиной предсказуемости выигрышей по ставкам в играх на основе ставок, что может служить причиной уязвимости системы к преступным нападениям.

Регламенты лотерей и игровой индустрии требуют, чтобы случайные числа, которые используются при игре в азартные игры, проходили некоторые минимальные статистические испытания случайности для обеспечения для случайных чисел честности и защиты от несанкционированного вмешательства. Регламенты также требуют ревизии используемых случайных чисел; казино должно быть в состоянии проверить то, что последовательность случайных чисел, которая в результате приводит к крупному выигрышу, порождается санкционированным генератором случайных чисел, принадлежащим казино или лотерейной компании.

Генераторы истинно случайных чисел представляют собой устройства, использующие для выработки истинно случайных чисел какой-либо физический процесс. В качестве источника случайности при генерировании истинно случайных чисел могут использоваться многочисленные физические процессы.

Случайность включена в квантовую физику на фундаментальном уровне. Следовательно, имеет смысл использовать в качестве источника случайности для генерирования истинно случайных чисел процесс, описываемый квантовой физикой.

В патенте США №6249009 раскрыт генератор истинно случайных чисел, который использует квантовую механику, содержащий лазер, нейтральный светофильтр и единственный фотоумножитель, который обнаруживает фотоны. В других вариантах осуществления генератора истинно случайных чисел может использоваться лазер, нейтральный светофильтр, светоделитель и два фотоумножителя, каждый из которых обнаруживает единственный фотон из светоделителя.

В качестве основания для генерирования истинно случайных чисел необходимо использовать усовершенствованный квантово-оптический процесс. Кроме того, требуется простой и практичный генератор истинно случайных чисел на основе квантово-оптического процесса.

ЦЕЛЬ И СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью настоящего изобретения является создание устройства и способа, относящихся к типу, упомянутому в первом абзаце, которые устраняют вышеописанные недостатки.

Для достижения вышеописанной цели, отличительные признаки согласно изобретению предусматриваются устройством согласно изобретению таким образом, чтобы устройство согласно изобретению можно было охарактеризовать следующим образом:

устройство для генерирования истинно случайных чисел посредством квантово-оптического процесса, при этом устройство содержит: источник света для генерирования по меньшей мере одного одиночного фотона в световом луче; и по меньшей мере два детектора, каждый из которых предназначен для обнаружения одиночных фотонов в луче, посредством чего создаются сигналы детекторов; и средства управления; где каждый из детекторов для обнаружения одиночных фотонов содержит по меньшей мере одну квантовую точку; и при этом детекторы располагаются в, по существу, эквивалентном пространственном положении вероятности обнаружения одиночных фотонов в луче; и при этом средства управления оснащены и приспособлены для управления генерированием ряда одиночных фотонов и для регистрации сигналов детекторов с целью генерирования истинно случайных чисел.

Обеспечение отличительных признаков согласно изобретению создает преимущества того, что, в частности, удается избегать лавинного процесса и связанных с ним затруднений, генерирование случайных чисел менее подвержено шуму темновой скорости счета, особенно, при работе на высоких частотах. Кроме того, так как указанный детектор основывается на транзисторе, стандартный блок из высокоскоростных электронных схем может иметь быструю временную характеристику. Другое преимущество заключается в том, что детектор на основе квантовых точек способен работать при низких рабочих напряжениях (например, менее 5 вольт) и является более устойчивым. Он также пригоден для конструирования в многоканальную детекторную матрицу.

В отличие от генераторов случайных чисел на основе твердотельных однофотонных детекторов, специализирующихся на лавинных фотодиодах в режиме Гейгера, система согласно настоящему изобретению избегает неотъемлемых недостатков лавинного процесса, который затрудняет реализацию надежных и быстрых квантовых генераторов случайных чисел. Некоторыми из этих неотъемлемых физических ограничений являются: ограничения материалов: почти все составные полупроводники, которые могут обеспечивать детекторы больших длин волн, имеют низкое отношение потенциалов ионизации и, следовательно, неудовлетворительные рабочие характеристики. Высокие частоты туннелирования и генерации: сильное электрическое поле приводит к высокой частоте туннелирования даже в материале с широкой запрещенной зоной, и туннельный ток часто становится основным источником темновых скоростей счета в современных лавинных фотодетекторах. Также полностью истощенная зона лавинного умножения вырабатывает максимальный генерационный шум Шокли-Рида-Холла. Неудовлетворительная однородность: отклонение в доли процента в легировании или толщине слоя может привести к значительным сдвигам в усилении, темновом токе, напряжении пробоя и частотной характеристике. Отклонения в температуре и напряжении смещения могут препятствовать реализации однородной двумерной матрицы большой площади. Сильное излучение фотонов: высокоэнергетические (горячие) носители заряда, которые требуются для лавинного процесса, также могут вырабатывать фотоны. Фактически, детекторы на лавинной основе, как известно, вырабатывают «фотонные вспышки», которые являются на три-четыре порядка величины более яркими, чем падающий луч. Вырабатываемые фотоны могут сильно интерферировать с другими компонентами системы в одноэлементном однофотонном детекторе и вырабатывать значительные перекрестные помехи в матричном однофотонном детекторе.

Для достижения определенной выше цели отличительные признаки согласно изобретению предусматриваются способом согласно изобретению так, чтобы способ согласно изобретению можно было охарактеризовать следующим образом.

Способ генерирования случайного числа включает следующие этапы способа: создание матрицы из, по меньшей мере, двух детекторов и ее освещение световым лучом, содержащим одиночный фотон; и обнаружение одиночного фотона с использованием по меньшей мере двух детекторов матрицы, где каждый детектор содержит квантовую точку и является связанным с некоторыми значениями; и генерирование случайного числа на основе значений, связанных с детектором, обнаруживающим одиночный фотон.

Эти и другие особенности изобретения являются очевидными из описываемых в дальнейшем вариантов осуществления изобретения и будут освещены со ссылкой на эти варианты осуществления изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

В дальнейшем изобретение будет описано более подробно посредством неограничивающего примера со ссылкой на варианты осуществления изобретения, показанные в графических материалах.

На фиг. 1 показана игровая машина.

На фиг. 2 показана блок-схема компонентов устройства генерирования истинно случайных чисел для использования в устройстве игровой машины согласно другому примерному варианту осуществления изобретения.

На фиг. 3 представлена принципиальная электрическая блок-схема устройства согласно еще одному примерному варианту осуществления изобретения.

На фиг. 4 показано устройство для генерирования истинно случайных чисел посредством квантово-оптического процесса согласно примерному варианту осуществления изобретения.

На фиг. 5 показана многослойная структура однофотонного детектора в соответствии с настоящим изобретением.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

На фиг. 1 показана игровая машина 50, содержащая окно 10 терминала для показа дисплея 14а игры с использованием барабанов. Игровая машина 50 допускает различные режимы игрового процесса. Изначально игровая машина 50 действует в стандартном режиме игрового процесса вплоть до возникновения случайного события, а затем игровая машина 50 может действовать в особом режиме игрового процесса. В стандартном режиме игрового процесса отображается матрица символов в формате, включающем пять барабанов, ориентированных в столбцы и три горизонтальные строки. В одном варианте осуществления барабаны представляют собой физические барабаны, которые вращаются, а в другом варианте осуществления барабаны представляют собой изображения физических барабанов.

Дисплей 14а сконфигурирован для отображения матрицы символов 26, которые имитируют барабаны механического игрового автомата в стандартном режиме игрового процесса согласно одной из особенностей изобретения. Соответственно, каждый столбец указанной матрицы символов имитирует один механический барабан игрового автомата. Окно 10 терминала наклонено относительно пола для того, чтобы быть обращенным к пользователю.

В другом варианте осуществления изобретения, дисплей 14а содержит механические барабаны игрового автомата. Следует принимать во внимание, что в настоящем раскрытии могут предполагаться и смешанные схемы, содержащие как цифровые, так и механические компоненты. Дисплей 14b представляет собой дисплей, работающий на пропускание, для того, чтобы облегчить выделение цветом любого из различных символов и игровых линий для облегчения игрового процесса.

Матрица символов 26 содержит три строки и пять столбцов. Матрица символов 26, однако, может содержать любое количество строк и столбцов в соответствии с разными форматами игры. Как показано, матрица символов 26 содержит ряд символов 24а, 24b, 24с и 24d и три разбросанных символа 24е, 24f и 24g.

Игровая машина 50 содержит аппаратное обеспечение и периферийные устройства, необходимые для работы игровой машины. В настоящем варианте осуществления периферийные устройства включают: принтер 51, лоток 52 для фишек, купюроприемник 53, ящик 54 для денег с защищенным доступом, устройство 62 считывания с карт и громкоговорители 60.

Игровая машина 50 содержит материнскую плату 55, содержащую центральный процессор 56, электронную память 57 для хранения процессорных команд и жесткий диск 58 для хранения программного обеспечения. Память 57 и жесткий диск приспособлены для установления связи с центральным процессором 56.

Купюроприемник 53 приспособлен для приема денег и для доставки денег в ящик 54 для денег с защищенным доступом. Устройство 62 считывания с карт считывает денежные карты, в том числе микропроцессорные карточки, кредитные карты, платежные карты и т.п. Устройство 62 для считывания с карт и купюроприемник 53 сообщают о финансовых операциях процессору 56. Как окно 10 терминала, так и громкоговорители 60 сообщают игроку (пользователю) инструкции и результаты.

Устройство 62 считывания с карт располагается рядом с окном 10 терминала для удобства использования, позволяя пользователю использовать устройство 62 считывания с карт, когда он сидит или стоит.

Окно 10 терминала предпочтительно представляет собой сенсорный экранный монитор, содержащий четыре основных компонента, которые включают датчик касания, монитор (дисплей), контроллер и программный драйвер. Датчик касания основывается, например, на емкостной, резистивной технологии, технологии поверхностных акустических волн (SAW)/npH3eMHbrx акустических волн (GAW) или аналогичных технологиях. Монитор, например, основывается на технологии электронно-лучевой трубки (CRT), жидкокристаллической дисплейной (LCD), плазменной или аналогичных технологиях, содержащих дисплейный экран, в который может встраиваться датчик. Контроллер принимает входные сигналы из датчика касания и выполняет функции в ответ на центральный процессор 56. Программный драйвер позволяет контроллеру и центральному процессору 56 устанавливать связь и позволяет контроллеру распознавать ввод, обнаруживаемый датчиком касания.

Центральный процессор 56 и материнская плата 55 предпочтительно являются частью компьютера общего назначения, содержащего модуль видеодисплея с вводами/выводами (I/O) видеосигнала на видеоинтерфейс сенсорного экранного монитора, по меньшей мере один аудиовыход с вводами/выводами звуковых сигналов в звуковой громкоговоритель 60а, компьютерную операционную систему, например, Windows™, Linux™, Unix™ и т.п., программные драйверы для всех периферийных устройств ввода-вывода и последовательные/параллельные порты и/или USB для подключения таких периферийных устройств, как принтер, устройства чтения микропроцессорных карточек, и, там где это необходимо, интерфейсы ввода/вывода данных и преобразователи/разветвители ввода-вывода данных.

Компьютерный программный продукт хранится в жестком диске 58 или в другом сопоставимом модуле запоминающего устройства. Программа может организовывать отображение всех игровых составляющих на графическом пользовательском интерфейсе (GUI) сенсорного экранного монитора. Программа может отфильтровывать значимые данные для действия, интерпретировать смысл этих данных (в случае необходимости, после преобразования данных), иногда с учетом предыдущего события, текущего состояния или предсказываемого события, и действовать на результат интерпретации. Данные могут приходить из интерфейсов ввода-вывода всех устройств/оборудования, подключенного к программе. Возьмем пример определения положения касания игроком участка в пространстве графического компонента на одном из сенсорных экранных мониторов. Координата, соответствующая каждому из участков касания может быть преобразована контроллером сенсорного экрана в строку двоичных данных. Данные могут передаваться через последовательные соединения от контроллера к центральному процессору. Центральный процессор может извлекать данные, считывать координаты и реагировать на действие, связанное с участком касания.

Фиг. 2 представляет собой блок-схему компонентов игровой машины и устройства, генерирующего истинно случайные числа, используемого в ней в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Связями между компонентами устройства может управлять микропроцессорный набор 202 ядра системы. Микропроцессорный набор 202 ядра системы может содержать контроллер-концентратор памяти (МСН), или северный мост 204, контроллер-концентратор ввода-вывода (ICH), или южный мост 206. Микропроцессорный набор 202 ядра системы может сочетать все признаки ICH с портом ускоренного графического порта (AGP) и подключаться непосредственно к процессору. Функции микропроцессорного набора 202 ядра системы и северного 204 и южного 206 мостов известны в данной области техники и не будут подробно обсуждаться в настоящем раскрытии. И хотя на фигурах проиллюстрированы конкретные компоненты, соединенные с микропроцессорным набором 202 ядра системы, эти компоненты являются иллюстративными компонентами для варианта осуществления изобретения и не предполагаются как ограничивающие, так как могут использоваться и другие компоненты.

Генератор 400 истинно случайных чисел согласно настоящему изобретению, более подробно показан на фиг.4, соединен с процессором 210 через микропроцессорный набор 202 ядра системы на южном мосту 206. Генератор 400 истинно случайных чисел может генерировать за секунду, например, 600 килобит истинно случайных чисел. Оперативная память (RAM) 212 может соединяться с процессором 210 через микропроцессорный набор 202 ядра системы на северном мосту 204 с целью хранения и обработки истинно случайных чисел, генерируемых генератором 400 истинно случайных чисел. Истинно случайные числа могут храниться в RAM 212 и обрабатываться процессором 210. Обработка истинно случайных чисел может повлечь за собой проверку целостности аппаратного обеспечения генератора 400 истинно случайных чисел, устранение систематических ошибок, испытание случайности, создание цифровой подписи, цифровую проверку, шифрование, дешифрование и/или ревизию случайных чисел, как будет более подробно описываться ниже. После обработки случайные числа могут храниться в RAM 212.

Устройство 200 также может содержать запоминающее устройство 214 случайных чисел, соединенное с процессором 210 через микропроцессорный набор 202 ядра системы на южном мосту 206. Запоминающее устройство 214 случайных чисел может использоваться вместо RAM 212 для хранения истинно случайных чисел. Запоминающее устройство 214 случайных чисел может представлять собой такое запоминающее устройство большой емкости, как жесткий диск или флеш-накопитель, используемый в компьютере общего назначения, который обычно допускает считывание и запись кода и данных на указанное запоминающее устройство большой емкости. Однако в среде игровой машины модификация игрового кода, хранящегося на запоминающем устройстве большой емкости, строго контролируется и может допускаться только в особых случаях типа технического обслуживания, для чего требуются электронные и физические деблокираторы. И хотя этот уровень безопасности может обеспечиваться программным обеспечением, игровые компьютеры, которые содержат запоминающие устройства большой емкости, предпочтительно, содержат схему защиты больших объемов данных на аппаратном уровне, которая действует на канальном уровне для наблюдения за попытками модификации данных на запоминающем устройстве большой емкости и будет генерировать как программные, так и аппаратные пусковые механизмы генерирования ошибок в случае, если совершена попытка модификации данных без наличия надлежащих электронных и физических деблокираторов.

Видеоконтроллер, или адаптер 216 дисплея, такой, как графическая карта или видеокарта, может соединяться с дисплеем 220 и процессором 210 через микропроцессорный набор 202 ядра системы на северном мосту 204. Адаптер 216 дисплея может допускать отображение сообщений процессора 210 на дисплее 220. В одном из вариантов осуществления изобретения, адаптер 216 дисплея может интегрироваться в северный мост 204. Дисплей 220 может представлять собой дисплей любого типа, например, жидкокристаллический дисплей (LCD), флуоресцентный дисплей, экран на электронно-лучевой трубке (CRT) и т.п. Это позволяет устройству отображать внутренние ошибки или успехи, происходящие из собственного аппаратного и/или программного обеспечения устройства. Например, если отказывает генератор 400 истинно случайных чисел, будет отображаться сообщение об ошибке, информирующее пользователя об отказе. Кроме того, если какое-либо действие, такое, как проверка последовательности случайных чисел на заявленный крупный выигрыш, было успешным, на дисплее 220 может отображаться сообщение «проверка успешна». Также может отображаться и другая информация, такая, как дата и время, когда случайные числа были сгенерированы и/или переданы, однозначная идентификация удаленного игрового устройства, в которое были переданы случайные числа, и любая другая информация.

Теперь станет известно, что устройство 200 необязательно должно содержать дисплей 220 и/или адаптер 216 дисплея. Точнее, в другом варианте осуществления, устройство 200 может отображать сообщения на удаленном игровом сервере, как, например, на дисплее удаленного игрового сервера. Сообщения могут передаваться через интерфейс 222 ввода-вывода. Консольное приложение удаленного игрового сервера может устанавливать связь с процессором 210 через интерфейс 222 ввода-вывода и наблюдать сообщения, отправленные удаленному игровому серверу из процессора 210.

Как обсуждалось выше, для установления связи с удаленным игровым сервером может использоваться интерфейс 222 ввода-вывода. Интерфейс 222 ввода-вывода также может соединяться с процессором 210 через микропроцессорный набор 202 ядра системы на южном мосту 206 для приема запросов и передачи данных удаленному игровому устройству. Интерфейс 222 ввода-вывода может представлять собой интерфейс любого типа, такой как беспроводной приемопередатчик, универсальная последовательная шина (USB), шина для подключения периферийных компонентов (PCI), сетевая карта, шина данных или интерфейс любого другого типа, который позволяет устройству 200, генерирующему истинно случайные числа, устанавливать связь с удаленным игровым сервером. Удаленный игровой сервер может представлять собой, но не ограничиваясь этим, персональный компьютер, игровой автомат, удаленное игровое устройство, переносное игровое устройство, такое как сотовый телефон, карманный персональный компьютер и беспроводной игровой плеер, или любая другая игровая машина, но не ограничиваясь этим. Интерфейс 222 ввода-вывода также может подключаться к другим устройствам ввода-вывода, таким как клавиатура, набор кнопок или мышь, позволяя игроку играть в азартную игру на игровой машине.

Устройство также может содержать постоянное запоминающее устройство (ROM), такое, как электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство 218 (EEPROM) для хранения операционной системы и по меньшей мере одного программного продукта для запуска азартной игры и/или обработки случайных чисел. Операционная система и программное обеспечение, как правило, хранятся на энергонезависимом запоминающем устройстве чтения/записи большой емкости; однако использование EEPROM 218 гарантирует целостность устройства 200. EEPROM 218 гарантирует целостность устройства, позволяя пользователю легко проверять то, что содержимое устройства является подлинным, в случае, если подозревается злонамеренное вмешательство в работу устройства. Например, программное обеспечение в EEPROM 218 может гарантировать целостность данных в запоминающем устройстве 214 случайных чисел, позволяя только санкционированным программным процессам с достоверными цифровыми подписями считывать, записывать, модифицировать и удалять данные в запоминающем устройстве 214 случайных чисел. Если подозревается злонамеренное вмешательство в программное обеспечение в EEPROM 218, пользователь может просто извлечь EEPROM 218 из устройства 200 и проверить его содержимое. Таким образом, поскольку устройство 200 заключается в корпусе, что дополнительно обсуждается ниже, злонамеренное вмешательство может быть заметно, только если, например, нарушена лента с защитой от злонамеренного вмешательства.

Неизменяемая базовая система 224 ввода-вывода (BIOS) может использоваться для выполнения внутренней проверки на всем аппаратном/программном обеспечении в устройстве после подачи на него электропитания. В случае если какой-либо компонент неудачно проходит внутреннюю проверку, на дисплее 220 может отображаться сообщение, информирующее пользователя об отказе.

Ниже станет известно, что операционная система и/или программный продукт может храниться в любом другом компоненте. Например, когда на устройство 200 подается электропитание, перед исполнением какого-либо программного обеспечения, EEPROM 218 может содержать программное обеспечение, которое выполняет проверку цифровой подписи программных продуктов, в том числе операционной системы, которые затем могут сохраняться в запоминающем устройстве большой емкости. В другом варианте осуществления изобретения для хранения операционной системы и программных продуктов может использоваться BIOS 224.

Для поддержания и контроля энергии, подаваемой на генератор 400 истинно случайных чисел, с генератором 400 истинно случайных чисел и процессором 210 через микропроцессорный набор 202 ядра системы может соединяться регулятор тока напряжения. Это обеспечивает целостность генератора 400 истинно случайных чисел.

Согласно примерному варианту осуществления устройство ввода-вывода представляет собой набор кнопок.

В качестве дополнительного варианта осуществления или в дополнение, устройство ввода-вывода представляет собой сенсорный экранный дисплей.

В качестве дополнительного варианта осуществления или в дополнение, устройство ввода-вывода представляет собой механический диск.

Согласно примерному варианту осуществления энергонезависимая память представляет собой EEPROM.

Согласно примерному варианту осуществления интерфейс ввода-вывода представляет собой один интерфейс из группы, которая включает беспроводной приемопередатчик, сетевую карту, универсальную последовательную шину (USB), шину для подключения периферийных компонентов (PCI) или их сочетание.

Согласно примерному варианту осуществления предусматривается базовая система ввода-вывода (BIOS), которая соединяется с процессором для выполнения внутренней проверки указанного устройства.

Согласно примерному варианту осуществления для защиты устройства предусматривается по меньшей мере одна дверь, замок, датчик, лента с защитой от злонамеренного вмешательства или их сочетания.

Согласно примерному варианту осуществления запоминающее устройство представляет собой запоминающее устройство с произвольным доступом (RAM).

Согласно примерному варианту осуществления постоянное запоминающее устройство (ROM) соединяется с процессором для хранения по меньшей мере одного программного продукта.

Согласно примерному варианту осуществления постоянное запоминающее устройство представляет собой программируемое постоянное запоминающее устройство (PROM).

Согласно примерному варианту осуществления постоянное запоминающее устройство представляет собой электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (EEPROM).

Согласно примерному варианту осуществления память представляет собой энергонезависимую память для хранения операционной системы и по меньшей мере одного программного продукта.

На фиг. 3 показана системная схема компьютера 84, используемого в игровой машине согласно другому примерному варианту осуществления изобретения. Компьютер 84 содержит материнскую плату 86, память 88 программ, представляющую собой машиночитаемый носитель данных, главный процессор 90 и RAM 92, подключенные в оперативной связи. Компьютер 84 содержит контроллер 94 I/O ввода-вывода. Контроллер 94 ввода-вывода сообщается с панелью 96 управления пользовательским интерфейсом, схемой 98 драйвера интерфейса дисплея, дисплейным модулем 100, монетоприемником 102, купюроприемником 104, устройством 106 считывания с карт, устройством 108 считывания/печати билетов и звуковой схемой 110. Звуковая схема 110 находится в оперативной связи с громкоговорителями 112.

Генератор 400 истинно случайных чисел согласно настоящему изобретению, более подробно показанный на фиг. 4, оперативно соединен с главным процессором 90 и RAM 92.

Монетоприемник 102 и купюроприемник 104 принимают деньги и сообщают их количество контроллеру 94 ввода-вывода. Устройство 106 считывания с карт считывает кредитные карты, платежные карты, подарочные кредитные карты и другие карты, содержащие электронные признаки денежной величины.

Устройство 108 считывания билетов печатает билеты и квитанции, показывающие выигрыши игрока или другой финансовый итог. Устройство 108 считывания билетов также принимает билеты, содержащие такие признаки денежной величины, как штрихкод, который считывается устройством 108 считывания билетов.

Звуковая схема 110 сконфигурирована для обеспечения пользователя интерфейсом на звуковой основе. Каждое перемещение или действие пользователя может в результате приводить к отдельному звуку или инструкции, генерируемой компьютером 84. Громкоговорители 112 сообщают звуки пользователю.

На фиг. 4 показано устройство 400 для генерирования истинно случайных чисел посредством квантово-оптического процесса, при этом устройство 400 содержит: источник 405 света для генерирования по меньшей мере одного одиночного фотона в световом луче; и по меньшей мере два детектора 410, 415, каждый из которых предназначен для обнаружения одиночных фотонов 450 в луче, посредством чего создаются сигналы детекторов; и средства 420 управления, где каждый из детекторов 410, 415, предназначенных для обнаружения одиночных фотонов, содержит по меньшей мере одну квантовую точку 430, 435; и где детекторы располагаются в, по существу, эквивалентных, но пространственно разных положениях вероятности 470 обнаружения одиночных фотонов в луче; и где средства 420 управления предусмотрены и предназначены для управления генерированием ряда одиночных фотонов и регистрации сигналов детекторов с целью генерирования истинно случайных чисел 460.

Устройство состоит из светового источника фотонов, который выпускает луч, состоящий из фотонов. Луч освещает матрицу из по меньшей мере двух однофотонных детекторов. С каждым из детекторов этой матрицы связано некоторое значение. Обнаружение фотона в данном детекторе будет давать одно случайное число, значение которого будет значением, связанным с этим детектором.

Если матрица детекторов состоит из двух однофотонных детекторов, устройство будет вырабатывать случайные двоичные числа. Один детектор будет связан со значением «0», а второй детектор - со значением «1».

Случайность истинно случайного числа, вырабатываемого таким образом, является результатом корпускулярно-волнового дуализма фотонов. Положение фотона в луче описывается волновой функцией. Эта функция может использоваться для вычисления пространственной вероятности обнаружения фотона в луче. Если в плоскости, перпендикулярной лучу, расположены несколько однофотонных детекторов, соответствующая им вероятность обнаружения фотона будет связана со значением, принимаемым волновой функцией в их положении.

В этом отношении, термин «фотон» означает единицу электромагнитной энергии, не зависящую от ее положения в спектре, например, видимого или невидимого излучения.

Способ согласно примерному варианту осуществления изобретения может включать следующие этапы. На первом этапе матрица детекторов освещается световым лучом, содержащим одиночный фотон. На втором этапе одиночный фотон обнаруживается, или не обнаруживается, с использованием по меньшей мере двух детекторов матрицы, где каждый детектор содержит квантовую точку. На третьем этапе обнаружение связывается с некоторыми значениями. На четвертом этапе обнаруженные значения генерируют значения случайных чисел, равные тем, которые связаны с детектором. На пятом этапе вышеупомянутые три этапа повторяются для выработки последовательностей истинно случайных чисел. На шестом этапе случайные числа, связанные с указанными обнаружениями, с использованием средств схемы управления регистрируются в формате, подходящем для обмена информацией с компьютером или другим устройством. Устройство может содержать буфер.

На необязательном седьмом этапе последовательности, генерируемые таким образом, обрабатываются для исключения возможных систематических ошибок, для выработки чисел в другом измерении или для разложения распределения вероятностей в ряд Тейлора. На необязательном восьмом этапе последовательности случайных чисел, генерируемых таким образом, выстраиваются в очередь для случайного распределения безопасным образом среди получателей в качестве затравок или криптографических ключей.

Значение, связанное с каждым из детекторов, может определяться с использованием волновой функции, которая описывает положение фотона в луче. Затем вычисляется пространственная вероятность обнаружения фотона в луче. Если в плоскости, перпендикулярной лучу, размещается несколько однофотонных детекторов, соответствующая им вероятность обнаружения фотона соотносится со значением, взятым из волновой функции в их положении.

Последовательность, необязательно, может впоследствии обрабатываться, например, для устранения возможных систематических ошибок, для выработки чисел в другом измерении или для разложения распределения 36 вероятностей в ряд Тейлора способом, например, описываемым J. von Neumann в документе «Various techniques used in connection with random digits», Applied Mathematics Series, 12, 36-38, U.S. National Bureau of Standards (1951), содержимое которого ссылкой включается в настоящее раскрытие.

В другом варианте осуществления изобретения, обнаружение одиночного фотона в детекторе 410 будет вырабатывать истинно случайное число, например, с двоичным значением «0», в то время как обнаружение фотона в детекторе 415 будет вырабатывать двоичное значение «1».

Со ссылкой на фиг. 4 показано сечение пространственного распределения вероятности 470 обнаружения фотонов в луче, а также положение однофотонных детекторов. В зависимости от типа используемого источника света, форма этой функции пространственного распределения может быть гауссовой. Также пригодны и другие формы. Если детекторы 410, 415 расположены в луче подходящим образом, видно, что вероятность обнаружения фотона может быть одинакова для каждого детектора. Подходящим положением, например, является положение вблизи центра указанного луча. Случайность истинно случайных чисел, вырабатываемых таким образом, является результатом поперечного пространственного распределения вероятности обнаружения фотона в луче.

Повторяя указанные этапы, можно вырабатывать последовательности истинно случайных чисел. На дальнейших этапах обрабатывается последовательность, например, для устранения возможных систематических ошибок, комбинирования истинно случайных чисел для выработки чисел в другом измерении или разложения распределения вероятностей в ряд Тейлора, как описывается J. von Neumann в документе «Various techniques used in connection with random digits», процитированном выше.

Устройство способно генерировать «Х-ичные» случайные числа, где X представляет собой число детекторов, используемых в матрице, и отображает количество измерений, которое имеет каждое случайное число. В этом случае, Х-ичное случайное число представляет биты Х-го уровня в Х-мерной системе. Например, символы в двоичной системе могут иметь только два значения, традиционно именуемые «вкл» и «выкл». Таким образом, двоичная система представляет собой X-ичную систему, в которой Х=2. Например, когда детекторная матрица состоит из двух однофотонных детекторов, вырабатываемые истинные случайные числа являются

двоичными числами. Матрица детекторов также может содержать более двух однофотонных детекторов. В одном из вариантов осуществления изобретения, со значениями от 0 до 3 может быть связано четыре детектора, вырабатывающих истинно случайные числа с размерностью 4.

В другом примере, в десятичной системе каждый разряд может иметь до десяти значений, т.е. числа от 0 до 9. Для простоты, мы могли бы именовать такую систему «десятичной», Х-ичной системой, в которой Х=10.

Другая возможность заключается в том, чтобы также сгруппировать четыре детектора матрицы в две пары по два детектора, где каждая пара вырабатывает одно случайное число.

Матрица детекторов может быть размещена перпендикулярно лучу. Плоскость матрицы детекторов также может образовывать с направлением распространения луча угол α, отличающийся от 90 градусов.

Матрица детекторов может быть заменена волноводами, такими, как оптические волокна (оптоволокно), направляющие свет к однофотонным детекторам.

Согласно одному из вариантов осуществления, настоящее изобретение предусматривает детектор фотонов, показанный на фиг. 5. Здесь показана полупроводниковая многослойная структура однофотонного детектора. На верхней поверхности р+-подложки 505 формируется поглощающий барьерный слой 503. Затем на верхней поверхности поглощающего слоя формируется слой квантовых точек 507. На верхней поверхности слоя точек 507 формируется первый барьерный слой 509. На верхней поверхности барьерного слоя 509 формируется слой, поддерживающий двумерный электронный газ 511, а на верхней поверхности слоя 511 2DEG затем формируется верхний барьерный слой 513. Верхний барьерный слой представляет собой барьерный слой с модулированным легированием, содержащий нелегированный барьерный слой 515, сформированный поверх барьерного слоя 511 2DEG, и легированный барьерный слой 517, сформированный поверх нелегированного барьерного слоя 515. Герметизирующий слой 519 покрывает данную структуру. Сверху герметизирующего слоя формируется передний затвор 521. Этому затвору необходимо пропускать излучение определенных длин волн. Как правило, затвор изготавливается из тонкого слоя NiCr с толщиной около 8 нм. Затвор также может оснащаться легированным полупроводниковым слоем. Затем на р+-буферном слое/подложке 505 формируется задний затворный контакт 523. Задний р+-затвор 505 и передний затвор 521 служат в качестве средств приложения электрического поля. Омический контакт 525 источника и омический контакт 527 стока традиционным образом прикрепляются к 2DEG 511. Задний затвор 505 и передний затвор 521 могут быть смещены относительно омического контакта 527 к 2DEG.

Детектор сконфигурирован для обнаружения одиночного фотона, при этом детектор содержит первый и второй активные слои, разделенные первым барьерным слоем, и средства обнаружения для обнаружения изменения в характеристиках первого активного слоя, где первый активный слой представляет собой слой квантовой ямы, способный поддерживать двумерный газ-носитель, а второй активный слой содержит по меньшей мере одну квантовую точку, при этом устройство также содержит средства разделения фотовозбужденной электронно-дырочной пары.

Предпочтительно средства разделения электронно-дырочной пары будут обеспечиваться средствами приложения электрического поля по нормали к активным слоям. Однако устройство может быть изготовлено так, чтобы разделять фотовозбужденные электронно-дырочные пары позволяло внутреннее поле устройства.

Устройство способно обнаруживать одиночный фотон. Это вызвано тем, что оптическое освещение устройства приводит к изменению в зарядовой заселенности квантовых точек, а это, в свою очередь, индуцирует изменения в транспортных или оптических характеристиках первого активного слоя.

Поглощение одиночного фотона устройством в результате приводит к изменению заселенности квантовой точки одним из носителей заряда, а это, в свою очередь, индуцирует изменение в транспортных или оптических характеристиках первого активного слоя. Падение одиночного фотона на устройство будет вызывать фотовозбуждение в устройстве одной электронно-дырочной пары. Один из этих фотовозбужденных носителей заряда захватывается квантовой точкой и индуцирует изменение в свойствах первого активного слоя. Для простоты, будет полагаться, что в квантовой точке захватывается фотовозбужденная дырка. Однако специалисты в данной области техники примут во внимание, что фотовозбужденным носителем заряда, который захватывается в квантовой точке, может быть и электрон.

Настоящее изобретение сконфигурировано для обнаружения присутствия одиночного фотона либо посредством размера устройства, общего количества точек во втором активном слое, многослойной структуры устройства либо посредством фактического механизма обнаружения устройством.

В патентном документе GB 2352087 описан такой однофотонный детектор, который является дешевым, компактным и механически прочным. Детектор действует с использованием стандартных напряжений (около или менее 5В) и может действовать при низкой или комнатной температуре. Полное раскрытие документа GB 2352087 ссылкой включается в настоящее раскрытие, в частности, для более подробной информации о физической структуре и функциях однофотонного детектора.

Однофотонный детектор, описанный в документе GB 2352087, содержит первый и второй активные слои, разделенные первым барьерным слоем. Первый активный слой представляет собой слой квантовой ямы, способный поддерживать двумерный газ-носитель, а второй активный слой содержит по меньшей мере одну квантовую точку. Устройство способно обнаруживать одиночный фотон, так как оптическое освещение устройства приводит к изменению в зарядовой заселенности квантовой точки или квантовых точек, а это, в свою очередь, индуцирует изменение в транспортных или оптических характеристиках первого активного слоя.

Средства приложения электрического поля также могут содержать клемму р-типа и клемму n-типа, расположенные на противоположных сторонах первого и второго активных слоев. Иными словами, структура размещена между легированными слоями p- и n-типа.

Детектор предпочтительно содержит противоотражающее покрытие, предусматриваемое на поверхности устройства, которое подлежит освещению.

Энергетический спектр квантовых точек зависит от их размера, формы и локальных окружающих условий. Поэтому разные квантовые точки обладают разными энергиями основного состояния и разными энергиями оптического перехода. Устройство может содержать квантовые точки разных размеров, которые требуют для резонансного возбуждения электронно-дырочной пары облучения на разных частотах.

Удобным способом формирования слоя квантовых точек является механизм роста Странского-Крастанова, где первый слой выращивается на слое с иной постоянной решетки, чем у первого слоя. Первый слой развивается путем трехмерного островкового роста, и могут вырабатываться небольшие квантовые точки, которые, как правило, имеют поперечные размеры менее 50 нм. Предпочтительная система материалов для изготовления этого устройства использует рост квантовых точек InAs, InGaAs или InAlAs с барьерами из GaAs или (AlGa)As.

Устройство может формироваться так, чтобы слой 2DEG выращивался перед слоем квантовых точек. Однако порядок может быть и обратным, т.е. слой 2DEG формируется, покрывая слой точек. Могут использоваться и другие системы с несовпадением решеток, такие как InGaN или AlGaN.

В другой возможной системе для изготовления точек используются напряженные гетероструктуры SiGe.

Устройство также можно удобно формировать из кремния. Здесь, указанные точки могут формироваться из аморфного слоя кремния, который образует точки после отжига при 800°C. Также специалисту в данной области техники следует принимать во внимание, что другим возможным материалом для изготовления устройства может быть германий.

Обнаружение единичных фотонов также улучшается, если устройство дополнительно содержит поглощающий слой. Такой поглощающий слой может представлять собой относительно толстый слой, например, более 100 нм, который образует барьерный слой для квантовых точек. Фотоны поглощаются в барьерном слое, создавая электронно-дырочные пары в поглощающем слое. Приложенное электрическое поле, или внутреннее электрическое поле, в поглощающем слое разделяет электроны и дырки, которые переносятся полем в противоположных направлениях.

Носители заряда одной полярности переносятся в слой квантовых точек. Вообще, поглощающий слой мог бы быть предусмотрен снаружи активной области устройства, т.е. поглощающий слой мог бы не размещаться между первым и вторым активными слоями. Такое устройство обычно также будет содержать полупроводниковую подложку.

Детектор фотонов согласно настоящему изобретению не ограничивается устройством, которое содержит лишь один слой точек. Для захвата заряда с целью воздействия на проводимость первого активного слоя может предусматриваться два или большее количество слоев точек. В альтернативном варианте, детектор может содержать ряд первых и вторых слоев, разделенных барьером. Такое устройство можно представить себе, как ряд детекторов фотонов, расположенных один над другим.

Матрица детекторов фотонов также может изготавливаться как содержащая ряд пикселов, где каждый пиксел содержит детектор фотонов, вышеописанных ранее. Такая матрица детекторов фотонов может быть снабжена решеткой из разрядных шин и словарных шин, где каждый пиксел может адресоваться путем приложения соответствующего напряжения к словарной шине и/или к разрядной шине.

Предпочтительно разрядные шины и словарные шины сконфигурированы для применения управляющего сигнала к средствам разделения фотовозбужденной электронно-дырочной пары.

Например, если в ряду квантовых точек находятся InAs (или AlInAs), и первым активным слоем является InGaAs (или GaAs), слой туннельного перехода может представлять собой AlAs или AlxGa1-xAs (или GaAs) с толщиной в диапазоне от 10 нм до 550 нм. Боле предпочтительно, в диапазоне от 10 нм до 200 нм.

Особенно полезный пример устройства предусматривается системой In(y)Al(1-y)As/In(x)Ga(1-x)As. Эта система позволяет изготавливать первый активный слой из InGaAs и барьерную область, содержащую слой InAlAs, предусматриваемый как примыкающий к первому активному слою. Барьерная область предпочтительно представляет собой первый барьерный слой. Большой разрыв зоны проводимости между InGaAs и InAIAs позволяет устройству действовать при намного более высоких температурах, чем таковые для других систем, ранее упомянутых в данном документе.

Разрыв зоны проводимости, где x=0,53 и y=0,52, был измерен между 500 мэВ и 550 мэВ. Система также имеет преимущества в том, что она в результате обеспечивает малую высоту барьера Шотки и высокую подвижность.

Как разъяснено ранее, устройство предпочтительно содержит поглощающий слой. Этот поглощающий слой, как правило, предусмотрен как один из барьерных слоев и предпочтительно предусматривается снаружи активной области устройства, т.е. он не мог бы размещаться между первым и вторым активными слоями. В одном из особенно предпочтительных вариантов осуществления поглощающий слой предусмотрен на стороне второго активного слоя, противоположной первому активному слою и, даже более предпочтительно, непосредственно в контакте со вторым активным слоем.

Одиночные фотоны могут обнаруживаться путем измерения тока через первый активный слой. Вообще, одиночный фотон, поглощенный детектором, будет приводить к ступенчатому возрастанию тока через первый активный слой, хотя следует отметить, что в некоторых конфигурациях детектора может наблюдаться и ступенчатое уменьшение. Также могут измеряться и другие параметры первого активного слоя, например, ток может измеряться в форме проводимости. Также может измеряться удельное сопротивление или напряжение на первом активном слое. Независимо от того, какой параметр измеряется, когда фотоны поглощаются детектором, в выходном электрическом сигнале должно наблюдаться ступенчатое увеличение или уменьшение.

Измерения тока детектора могут основываться на схемном устройстве, описанном в патентном документе US 7199372, описание которого полностью включается в настоящее раскрытие. Таким образом, если для согласования выходного сигнала однофотонного детектора предусматривается схемное устройство, выходной сигнал указанного детектора содержит ступенчатый электрический выходной сигнал относительно времени, схема содержит полосовой усилитель, при этом полосовой усилитель содержит верхнюю точку прерывания 3 дБ, меньшую или равную обратной величине ожидаемой длительности индуцированной фотоном ступени возрастания или падения выходного сигнала указанного детектора.

Использование такого полосового усилителя позволяет преобразовывать ступени из выходного сигнала детектора в импульсы, которые могут подсчитываться счетной электроникой, в то же время сводя к минимуму шум из системы. Первостепенный интерес представляют стороны роста ступеней сигнала тока. Усилитель меняет эти ступени на импульсы.

Однако специалисты в данной области примут во внимание, что также могут использоваться изменения напряжения на первом активном слое. Также будет предполагаться, что указанный детектор сконфигурирован так, чтобы ток возрастал по мере поглощения фотонов детектором.

И хотя при поглощении одиночного фотона происходит заметное изменение в токе устройства, это изменение может быть очень небольшим, как правило, около 2 наноампер (нА).

Согласно другому предпочтительному варианту осуществления генератора истинно случайных чисел, источник света для генерирования одиночного фотона основывается на структуре из квантовых точек. Точнее, однофотонный генератор может содержать: часть генерирования экситонов с заключенной в ней квантовой точкой, имеющей зонную структуру, удерживающую одиночный экситон; возбуждающую часть, генерирующую ряд экситонов, включающий указанный одиночный экситон в указанной части генерирования экситонов; и часть управления рекомбинацией, управляющую временем рекомбинации указанного одиночного экситона в указанной части генерирования экситонов; где указанная часть управления рекомбинацией после генерирования указанного ряда экситонов вызывает рекомбинацию указанного ряда экситонов за исключением одиночного экситона в указанной части генерирования экситонов, и впоследствии изменяет указанную зонную структуру для того, чтобы вызвать рекомбинацию указанного одиночного экситона в указанной части генерирования экситонов.

В качестве дополнительного варианта осуществления изобретения или в дополнение, указанная часть генерирования экситонов содержит гетеропереход II типа в указанной квантовой точке.

В качестве дополнительного варианта осуществления изобретения или в дополнение, указанная квантовая точка непрерывно изменяет свой состав от одной стороны указанной квантовой точки к другой стороне указанной квантовой точки.

В качестве дополнительного варианта осуществления изобретения или в дополнение, указанная квантовая точка формируется из квантовой точки, выращенной в процессе по механизму роста S-K.

В качестве дополнительного варианта осуществления изобретения или в дополнение, указанная квантовая точка формируется из наслоения слоя InAs и слоя GaSb, помещенных между парой слоев AlAs, при этом указанный слой InAs непрерывно изменяет свой состав в направлении указанного слоя GaSb.

В качестве дополнительного варианта осуществления изобретения или в дополнение, указанная часть управления рекомбинацией содержит электрод, предусмотренный в указанной части генерирования экситонов, источник напряжения, прилагающий напряжение смещения к указанному электроду, и переключающую схему, управляющую приложением указанного напряжения смещения от источника напряжения к указанному электроду с интервалом более длительным, чем рекомбинационное время жизни экситонной молекулы, где экситонная молекула возбуждается одновременно с указанным рядом экситонов в части генерирования экситонов.

В качестве дополнительного варианта осуществления изобретения или в дополнение, однофотонный генератор может дополнительно содержать: элемент оптического затвора, предусматриваемый на пути одиночного фотона, при этом одиночный фотон образуется в результате рекомбинации указанного одиночного экситона.

В качестве дополнительного варианта осуществления изобретения или в дополнение, указанный элемент оптического затвора управляется указанной частью управления рекомбинацией и пропускает указанный одиночный фотон синхронно с рекомбинацией указанного одиночного экситона.

В патентном документе US 7492901 описано такое однофотонное генерирующее устройство, описание которого полностью включается в настоящее раскрытие.

Согласно примерному варианту осуществления предусматривается способ генерирования ряда случайных чисел в игровой машине, включающий: генерирование ряда случайных чисел из генератора истинно случайных чисел; совместное использование с удаленным игровым сервером по меньшей мере одного ключа шифрования; получение от удаленного игрового сервера запроса на по меньшей мере один набор случайных чисел; поиск по меньшей мере одного набора случайных чисел из первой памяти; шифрование по меньшей мере одного набора случайных чисел; и передачу шифрованного набора случайных чисел в удаленный игровой сервер.

В качестве дополнительного варианта осуществления способа предусматривается этап сохранения копии переданного набора случайных чисел во вторую память.

В качестве дополнительного варианта осуществления способа этап совместного использования дополнительно включает формирование по меньшей мере одного ключа шифрования из ряда случайных чисел.

В качестве дополнительного варианта осуществления способа по меньшей мере один ключ шифрования представляет собой симметричный ключ.

В качестве дополнительного варианта осуществления способа по меньшей мере один ключ шифрования представляет собой секретную или открытую криптографическую пару.

В качестве дополнительного варианта осуществления способа указанное совместное использование дополнительно включает генерирование запроса сертификата в центр сертификации для санкционирования использования по меньшей мере одного ключа шифрования.

В качестве дополнительного варианта осуществления способа предусматривается этап получения из центра сертификации санкционирующего сертификата.

В качестве дополнительного варианта осуществления способа передача дополнительно включает шифрование по меньшей мере одного набора случайных чисел для секретности.

В качестве дополнительного варианта осуществления способа шифрование дополнительно включает создание цифровой подписи для по меньшей мере одного набора случайных чисел.

В качестве дополнительного варианта осуществления способа удаленный игровой сервер представляет собой игровую машину.

В качестве дополнительного варианта осуществления способа предусматривается этап получения запроса на проверку и ревизию переданного набора случайных чисел.

В качестве дополнительного варианта осуществления способа предусматривается этап сопоставления переданного набора случайных чисел с копией, сохраненной во второй памяти.

В качестве дополнительного варианта осуществления способа генерирование дополнительно включает испытание ряда случайных чисел, гарантирующее случайность.

В качестве дополнительного варианта осуществления способа предусматривается этап генерирования азартной игры на игровой машине при помощи переданного набора случайных чисел.

Согласно примерному варианту осуществления предусматривается способ генерирования ряда случайных чисел в игровой машине, включающий: генерирование ряда случайных чисел из генератора истинно случайных чисел; исключение систематических ошибок из ряда случайных чисел; испытание ряда случайных чисел на неслучайность; и сохранение ряда случайных чисел в память.

В качестве дополнительного варианта осуществления способа исключение дополнительно включает этапы способа: а) составление пар из ряда случайных чисел; b) исключение по меньшей мере одной одинаково пронумерованной пары; c) присвоение некоторого значения остающимся парам; и d) выделение ряда парных битов в по меньшей мере один набор случайных чисел.

В качестве дополнительного варианта осуществления способа испытание дополнительно включает применение по меньшей мере одного статистического критерия случайности к ряду случайных чисел.

В качестве дополнительного варианта осуществления способа предусматривается этап шифрования ряда случайных чисел.

В качестве дополнительного варианта осуществления способа предусматривается этап создания цифровой подписи для ряда случайных чисел секретным ключом, генерируемым из ряда случайных чисел, генерируемого генератором истинно случайных чисел.

В качестве дополнительного варианта осуществления способа хранение дополнительно включает удаление более старых наборов случайных чисел, если память заполнена.

В качестве дополнительного варианта осуществления способа предусматривается этап генерирования азартной игры, подлежащей воспроизведению на игровой машине, при помощи ряда случайных чисел.

Истолкование: если в контексте не указано иное, во всем данном описании и следующей за ним формуле изобретения слово «содержать» и различные его вариации, такие, как «содержит» и «содержащий», следует толковать в открытом, включающем смысле, т.е. как «включающий в качестве неограничивающих примеров».

Во всем данном раскрытии, ссылка на «один вариант осуществления» или «вариант осуществления» означает, что конкретный признак, конструкция или свойство, описываемое в связи с вариантом осуществления, является включенным в по меньшей мере один вариант осуществления изобретения. Так, появления фразы «в одном варианте осуществления» или «в варианте осуществления» в разных местах повсюду в данном описании необязательно всегда ссылается на один и тот же вариант осуществления. Более того, конкретные признаки, конструкции или свойства могут сочетаться любым подходящим образом в одном или нескольких вариантах осуществления.

В том смысле, как они используются в данном описании и прилагаемой формуле изобретения, формы единственного числа включают множественные объекты ссылки, если в контексте явно не указано иное. Также следует отметить, что термин «или» обычно используется в его смысле, включающем «и/или», если в контексте явно не указано иное.

Заголовки и реферат данного раскрытия, представленные в настоящем раскрытии, предназначены только для удобства и не истолковывают объем или смысл вариантов осуществления.

В том смысле, как оно используется в настоящем раскрытии, выражение «истинно случайные числа» указывает случайные числа, генерируемые физическим процессом.

В том смысле, как он используется в настоящем раскрытии, термин «квантовая яма» относится к структуре с двойным гетеропереходом, содержащей сверхтонкий слой полупроводникового материала, помещенный между первым наружным слоем из полупроводникового материала и вторым наружным слоем из полупроводникового материала, где запрещенная зона сверхтонкого слоя полупроводникового материала меньше запрещенной зоны первого наружного слоя из полупроводникового материала и второго наружного слоя из полупроводникового материала. Многослойная структура образует потенциальные ямы зоны проводимости и валентной зоны, в которых электроны, соответственно, удерживаются в потенциальной яме зоны проводимости, а дырки удерживаются в потенциальной яме валентной зоны. Квантовая яма представляет собой потенциальную яму, которая удерживает носители заряда (электроны, дырки или электронно-дырочные пары), вынуждая их занимать плоскую область.

Термин «квантовая точка», в том смысле, как он используется в настоящем раскрытии, относится к структуре с гетеропереходом, содержащей потенциальные ямы, сформированные так, чтобы носители заряда (электроны, дырки или электронно-дырочные пары) удерживались в небольшой области во всех трех измерениях. Данное удерживание приводит к дискретным квантовым уровням энергии и к квантованию заряда в единицах элементарного электрического заряда, «е». Поскольку квантовые точки содержат дискретные уровни энергии, что очень похоже на атом, их иногда называют «искусственным атомом». Уровни энергии квантовой точки могут управляться путем изменения размера и формы квантовой точки, а также глубины потенциала.

В том смысле, как он используется в настоящем раскрытии, термин «сверхрешетка» относится к многослойной структуре с гетеропереходом из различных полупроводниковых материалов, которые чередуются друг с другом, образуя в ней несколько квантовых ям, энергетические барьеры которых между смежными квантовыми ямами являются достаточно тонкими для того, чтобы электроны могли легко туннелировать (квантово-механически проникать) через барьеры между ними, при этом дискретные уровни энергии расширяются в миниатюрные полосы. Многослойная структура с гетеропереходом имеет энергетическую запрещенную зону, при необходимости переменную по положению. При движении перпендикулярно слою, разрешенные уровни энергии для электронов в зоне проводимости и для дырок в валентной зоне являются дискретными и вполне разделенными.

Некоторые части данного подробного описания представлены в выражениях процедур, этапов, логических блоков, обработки и других символических представлений операций на информационных битах, которые могут выполняться в компьютерной памяти. Каждый этап может быть выполнен при помощи аппаратного обеспечения, программного обеспечения, аппаратно-программного обеспечения или их сочетаний.

Таким образом, любые приводимые примеры базы данных являются иллюстративными для схем хранения информации. Аналогично, примеры топологии сети являются иллюстративными, и могут использоваться и другие топологии.

Средним специалистам в данной области будет легко понятно, что различные процессы, описанные в настоящем раскрытии, могут реализовываться, например, соответствующим образом запрограммированными компьютерами общего назначения, специализированными компьютерами и вычислительными устройствами. Как правило, процессор, например, один или несколько микропроцессоров, один или несколько микроконтроллеров, один или несколько процессоров цифровой обработки сигналов, будет принимать команды, например, из памяти или подобного устройства и исполнять эти команды, посредством чего выполняется один или несколько процессов, определяемых этими командами.

«Процессор» означает один или несколько микропроцессоров, центральных процессоров CPU, вычислительных устройств, микроконтроллеров, процессоров цифровой обработки сигналов или подобных устройств, или любое их сочетание.

Таким образом, описание процесса подобно описанию устройства для выполнения этого процесса. Устройство, которое выполняет процесс, может включать, например, процессор и те устройства ввода и устройства вывода, которые являются подходящими для выполнения процесса.

Кроме того, программы, которые реализуют указанные способы, а также другие типы данных, могут храниться и передаваться множеством способов с использованием множества носителей данных, например, машиночитаемых носителей данных. В некоторых вариантах осуществления вместо или в сочетании с некоторыми или всеми командами программного обеспечения, которые могут использоваться для реализации процессов различных вариантов осуществления, может использоваться аппаратная схематика или заказное аппаратное обеспечение. Таким образом, вместо только лишь программного обеспечения могут использоваться различные сочетания аппаратного и программного обеспечения.

Термин «машиночитаемый носитель данных» относится к любому носителю данных, их ряду или сочетанию различных носителей данных, которые принимают участие в доставке данных, например, команд, структур данных, которые могут считываться компьютером, процессором или подобным устройством. Такой носитель данных может принимать множество форм, включающих, в качестве неограничивающих примеров, энергонезависимые носители данных, энергозависимые носители данных и средства передачи данных. Энергонезависимые носители данных включают, например, оптические или магнитные диски и другую постоянную память. Энергозависимые носители данных включают динамическую память с произвольным доступом DRAM, которая обычно составляет основную память. Средства передачи данных включают коаксиальные кабели, медную проволоку и волоконную оптику, в том числе провода, которые составляют системную шину, связанную с процессором. Средства передачи данных могут содержать или транспортировать акустические волны, световые волны и электромагнитные излучения, такие как излучения, генерируемые в ходе радиочастотных RF и инфракрасных IR передач данных. Общеизвестные формы машиночитаемых носителей данных включают, например, дискету, гибкий диск, жесткий диск, магнитную ленту, любой другой магнитный носитель данных, CD-ROM, DVD, любой другой оптический носитель данных, перфокарты, перфоленту, любой другой физический носитель данных со структурой отверстий, RAM, PROM, EPROM, FLASH-EEPROM, любую другую микросхему или кассету памяти, несущую волну, как будет описано ниже, или любой другой носитель данных, который может считываться компьютером.

В передачу данных, например, последовательностей команд, в процессор могут вовлекаться различные формы машиночитаемых носителей данных. Например, данные могут i доставляться из RAM в процессор; ii передаваться по беспроводной передающей среде; iii форматироваться и/или передаваться в соответствии с многочисленными форматами, стандартами или протоколами, такими, как Ethernet или IEEE 802.3, SAP, ATP, Bluetooth⋅, и TCP/IP, TDMA, CDMA, и 3G; и/или iv зашифровываться для обеспечения секретности или предотвращения мошенничества любым из множества способов, хорошо известных в данной области техники.

Таким образом, описание процесса подобно описанию машиночитаемого носителя данных, хранящего в памяти программу для выполнения процесса. Машиночитаемый носитель данных может хранить в любом подходящем формате те элементы программы, которые являются подходящими для выполнения способа.

Другой примерный вариант осуществления изобретения может представлять собой устройство хранения программ, читаемое компьютерной системой, при этом устройство хранения программ реализует программу из команд, исполняемых компьютерной системой для выполнения способа генерирования ряда случайных чисел в игровой машине, которая содержит устройство для генерирования истинно случайных чисел посредством квантово-оптического процесса согласно пп. 1 или 2 формулы изобретения; при этом способ включает следующие этапы способа: генерирование ряда случайных чисел из генератора истинно случайных чисел; совместное использование с удаленным игровым сервером по меньшей мере одного ключа шифрования; получение от удаленного игрового сервера запроса на по меньшей мере один набор случайных чисел; поиск по меньшей мере одного набора случайных чисел из первой памяти; шифрование по меньшей мере одного набора случайных чисел; передача шифрованного набора случайных чисел в удаленный игровой сервер; и сохранение копии переданного набора случайных чисел во вторую память.

Другой примерный вариант осуществления может представлять собой устройство хранения программ, читаемое компьютерной системой, при этом устройство хранения программ реализует программу, состоящую из команд, исполняемых указанной компьютерной системой для выполнения способа генерирования ряда случайных чисел в игровой машине, при этом способ включает: генерирование ряда случайных чисел из генератора истинно случайных чисел согласно предыдущим вариантам осуществления; устранение систематических ошибок из ряда случайных чисел; испытание ряда случайных чисел на неслучайность; и сохранение в памяти ряда случайных чисел.

Поскольку данное описание различных этапов в процессе не указывает, что требуются все описываемые этапы, варианты осуществления устройства включают компьютер/вычислительное устройство, действующее для выполнения некоторых, но необязательно всех, из описываемых процессов.

Аналогично, поскольку данное описание различных этапов в процессе не указывает, что требуются все описываемые этапы, варианты осуществления машиночитаемого носителя данных, хранящего в памяти программу или структуру данных, включают машиночитаемый носитель данных, хранящий программу, которая при исполнении будет обеспечивать выполнение процессором некоторых, но необязательно всех, из описываемых процессов.

Различные варианты осуществления изобретения могут быть сконфигурированы для работы в сетевой среде, включающей компьютер, который находится на связи, например, посредством сети связи, с одним или несколькими устройствами. Компьютер может устанавливать связь с устройствами напрямую или косвенно, посредством любой проводной или беспроводной среды, например, Интернета, LAN, WAN или Ethernet, Token Ring, телефонной линии, кабельной линии, радиоканала, линии оптической связи, коммерческих поставщиков интерактивных услуг, электронных досок объявлений, линии спутниковой связи, сочетания любого из вышеприведенного. Каждое из устройств может само по себе содержать компьютеры или другие вычислительные устройства, как, например, основывающиеся на процессоре Intel® Pentium® или Centrino®, которые предназначены для установления связи с компьютером. В связи с компьютером может находиться любое количество и любой тип устройств.

В одном варианте осуществления изобретения, настоящее изобретение может применяться на практике в сети из одного или нескольких устройств без центральных полномочий. В таком варианте осуществления любые функции, описываемые в настоящем раскрытии как выполняемые серверным компьютером, или данные, описываемые как хранящиеся в серверном компьютере, могут вместо этого выполняться или храниться в одном или нескольких указанных устройствах.

Там, где описывается процесс, в варианте осуществления процесс может действовать без какого-либо вмешательства пользователя. В другом варианте осуществления процесс включает некоторое вмешательство человека, например, один из этапов выполняется человеком или выполняется при содействии человека.

Несмотря на то что настоящее изобретение раскрыто в выражениях различных конкретных вариантов осуществления, следует принимать во внимание, что эти варианты осуществления приведены только для примера. Объем изобретения определяется прилагаемой формулой изобретения.

1. Устройство для генерирования истинно случайных чисел посредством квантово-оптического процесса, при этом устройство содержит:

источник света, способный генерировать последовательность импульсов в виде одиночных фотонов в световом луче;

по меньшей мере два детектора, каждый из которых предназначен для обнаружения одиночных фотонов в световом луче, посредством чего осуществляется предоставление сигналов детекторов; и

средства управления,

при этом каждый из детекторов для обнаружения одиночных фотонов содержит по меньшей мере одну квантовую точку; и

при этом детекторы расположены в эквивалентном поперечном пространственном положении вероятности обнаружения одиночных фотонов в световом луче; и

при этом средства управления конфигурированы для управления генерированием последовательности импульсов в виде одиночных фотонов и для регистрации сигналов детекторов для генерирования истинно случайных чисел,

при этом источник света для генерирования последовательности импульсов в виде одиночных фотонов основан на структуре квантовых точек.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что по меньшей мере два детектора содержат полупроводниковую многослойную структуру, включающую слой, способный поддерживать двумерный электронный газ.

3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что освещение детектора световым лучом приводит к изменению зарядовой заселенности квантовой точки и, в свою очередь, индуцирует изменение транспортной или оптической характеристики указанного детектора.

4. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что более двух детекторов расположены в матрице, содержащей ряд пикселов, при этом каждый пиксел содержит квантовую точку детектора фотонов.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что матрица детекторов содержит решетку из разрядных шин и словарных шин, при этом каждый пиксел является адресуемым путем приложения соответствующего напряжения к словарной шине и/или разрядной шине.

6. Игровое устройство, содержащее:

процессор, предназначенный или сконфигурированный для обработки ряда случайных чисел; и

по меньшей мере, один генератор для генерирования истинно случайных чисел посредством квантово-оптического процесса по одному из предыдущих пунктов, соединенный с процессором; и

память, соединенную с процессором для хранения ряда случайных чисел; и

интерфейс ввода-вывода (I/O), соединенный с процессором для приема и/или передачи данных.

7. Устройство по п. 6, содержащее:

энергозависимую память, соединенную с процессором для хранения ряда случайных чисел; и

энергонезависимую память, соединенную с процессором для хранения по меньшей мере одного программного продукта для игры в указанную азартную игру; и

дисплей для отображения азартной игры.

8. Способ генерирования случайного числа, включающий этапы способа:

предоставление матрицы из по меньшей мере двух детекторов, и освещение упомянутой матрицы из по меньшей мере двух детекторов световым лучом, содержащим последовательность импульсов в виде одиночных фотонов из источника света, способного генерировать последовательность импульсов в виде одиночных фотонов на основе структуры квантовых точек; и

обнаружение последовательности импульсов в виде одиночных фотонов с использованием матрицы из по меньшей мере двух детекторов, при этом каждый детектор формируется квантовой точкой, которая связана с некоторым значением; и

генерирование случайного числа на основе значений, связанных с детектором, обнаруживающим последовательность импульсов в виде одиночных фотонов.

9. Способ по п. 8, дополнительно включающий повторение этапов по п. 8 для генерирования последовательностей истинно случайных чисел.

10. Способ по п. 9, дополнительно включающий использование схемных средств управления для форматирования случайных чисел, связанных с обнаружениями, подходящими для обмена информацией с компьютером или другим устройством.

11. Способ по п. 10, дополнительно включающий устранение систематических ошибок в последовательностях, генерируемых для представления чисел в другом измерении или для подстройки распределения вероятностей.

12. Способ по п. 11, дополнительно включающий формирование последовательности случайных чисел, генерируемых для случайного распределения получателям как затравок или как криптографических ключей безопасным образом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано в устройствах для генерирования числовых последовательностей. Техническим результатом является эффективное генерирование последовательности фигурных чисел заданного вида.

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано автономно или в комплексе для вычисления ортогонального базиса положительно определенной симметрической матрицы, который может быть использован для передачи информации в системе цифровой радиосвязи с множественным доступом с кодовым разделением каналов (CDMA).

Изобретение относится к квантовым генераторам случайных чисел и может быть использовано в криптографии. Техническим результатом является повышение качества, степени надежности и скорости генерации.

Изобретение относится к защите компьютерной информации. Технический результат - повышение криптостойкости и быстродействия нелинейного преобразования.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в устройствах, моделирующих случайные процессы. Техническим результатом является получение на компьютерах однородных и независимых случайных чисел.

Изобретение относится к области генерации случайных чисел. Техническим результатом является повышение эффективности генерации случайных чисел для виртуальных машин.

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для генерации случайных чисел. Техническим результатом является повышение точности.

Группа изобретений относится к вычислительной технике и может быть использована для генерации случайных чисел с использованием компьютера. Техническим результатом является обеспечение получения случайного числа с энтропией не меньше заданной величины.

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к генераторам псевдослучайных функций (ПСФ), и может быть использовано в цифровых вычислительных устройствах, а также в системах защиты информации.

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, криптографического кодирования и передачи информации и может быть использовано для построения генераторов случайных последовательностей импульсов большой неповторяющейся длительности.

Изобретение относится к области и предназначено для получения последовательности случайных чисел с заданными статистическими характеристиками. Технический результат - повышение независимости вырабатываемой последовательности случайных чисел от параметров источника шума и получение последовательности случайных чисел с заданными статистическими характеристиками. В способе для получения последовательности случайных двоичных чисел используют источник случайных событий - полупроводниковый шумовой диод. Формируют аналоговый сигнал, характеризующий наступление указанных событий, производят обработку сформированного аналогового сигнала и преобразование его в цифровую форму. Задают интервал времени, в течение которого определяют число знакоперемен (0 и 1). В полученном числе выявляют младший бит и записывают его. Из последовательности указанных младших битов формируют выходную последовательность случайных двоичных чисел. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в повышении устойчивости генерации случайной двоичной последовательности заданной длины. В качестве источника случайности используют осмысленные целенаправленные действия пользователя, а именно - клики мышью либо клики пальцем в случае сенсорного экрана, по отношению к наблюдаемому внутри рабочей области экрана псевдослучайному процессу, который состоит в последовательной генерации N кругов диаметра d с временными интервалами в доли секунды, и каждый круг начинает прямолинейное движение в различных направлениях из центра рабочей области, отражаясь от границ рабочей области и других кругов, часто меняя направление движения и имитируя в целом хаотичный процесс движения кругов, и после появления в рабочей области последнего круга кликают в произвольной последовательности в площадь каждого из N движущихся кругов, при этом после успешного клика круг переходит в следующее состояние: становится невидимым для пользователя и впоследствии либо продолжает двигаться и соударяться в рабочей области, либо останавливается после h соударений с любыми кругами в рабочей области, h∈{0, 1, 2, 3}, причем вариант состояния невидимого круга определяется независимым от процесса рандомизатором. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к генераторам случайных чисел (ГСЧ) и может быть использовано для генерации случайных цифровых последовательностей в различной радиоизмерительной аппаратуре и системах тестирования каналов обмена информацией, датчиков случайных чисел, средств криптографической защиты информации. Техническим результатом является упрощение процесса подготовки ГСЧ к последующей работе. Способ содержит этапы, на которых устанавливают перечень статистических характеристик числовой последовательности, включающий, по крайней мере, математическое ожидание и дисперсию частоты появления логической единицы в битовой числовой последовательности; для каждого диода из набора однотипных диодов: отмечают диод из набора однотипных диодов; устанавливают диод в генератор аналогового шума измерительного устройства; получают статистические характеристики числовой последовательности, относящиеся к отмеченному диоду, на выходе измерительного устройства; сохраняют данные о статистических характеристиках отмеченного диода; выбирают пару диодов из набора, осуществляя следующие действия: отмечают пары диодов, имеющих максимальную разницу математического ожидания с идеальным значением и минимальную разницу значений математического ожидания в паре; выбирают из совокупности пар диодов с минимальной разницей значений математического ожидания пару диодов, имеющих минимальную разницу значений дисперсии, определяют положение диодов выбранной пары в генераторах аналогового шума генератора случайных чисел, осуществляя следующие действия: устанавливают на основе случайного выбора диоды из выбранной пары в генераторы аналогового шума, отмечают сведения об установленных диодах для каждого генератора аналогового шума (положение 1), получают математическое ожидание числовой последовательности на выходе генератора случайных чисел, сохраняют его значение, меняют местами диоды в генераторах аналогового шума, отмечают сведения об установленных диодах для каждого генератора аналогового шума (положение 2), получают математическое ожидание числовой последовательности на выходе генератора случайных чисел, сравнивают значения математического ожидания числовой последовательности на выходе генератора случайных чисел для положения 1 и положения 2, выбирают положение диодов с наименьшим отклонением от заданного значения математического ожидания и с наименьшим отклонением от заданного значения дисперсии числовой последовательности на выходе генератора случайных чисел, устанавливают диоды в выбранное положение в генераторы аналогового шума для последующего использования в генераторе случайных чисел. 2 ил., 4 табл.

Группа изобретений относится к области генерирования случайных чисел и может быть использовано в игровых системах. Техническим результатом является создание генератора истинно случайных чисел на основе квантово-оптического процесса. Устройство содержит: источник света, способный генерировать последовательность импульсов в виде одиночных фотонов в световом луче; по меньшей мере два детектора, каждый из которых предназначен для обнаружения одиночных фотонов в световом луче, посредством чего осуществляется предоставление сигналов детекторов; и средства управления, при этом каждый из детекторов для обнаружения одиночных фотонов содержит по меньшей мере одну квантовую точку; и при этом детекторы расположены в эквивалентном поперечном пространственном положении вероятности обнаружения одиночных фотонов в световом луче; и при этом средства управления конфигурированы для управления генерированием последовательности импульсов в виде одиночных фотонов и для регистрации сигналов детекторов для генерирования истинно случайных чисел, при этом источник света для генерирования последовательности импульсов в виде одиночных фотонов основан на структуре квантовых точек. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

Наверх