Проект "Энтропия"

[ЛУТ]

Этот проект  являться  логическим  продолжением проекта  "Квантовый водопад".
Суть метода в измерении энтропии случайной последовательности чисел.
Теория информационной энтропии тут
Энтропия рассчитывается  по этой формуле


 
При диапазоне чисел 0… 255 максимально возможная энтропия  =  8 . Так как в формуле основание логарифма 2 то эта цифра показывает количество  двоичных разрядов  необходимых для кодирования всех чисел в массиве .
Чем ниже энтропия, тем менее случайными являются числа, если упростить  -  одни числа повторяться  чаще других.

Источником энтропии служит всё тот же генератор шума на стабилитроне КС133.
Применено достаточно нестандартное схемное решение преобразования шума в поток чисел в диапазоне 0…255. Преобразование  возложено на  драйвер  COM порта , драйвер сам разрежет последовательность двоичных  импульсов  на байты . Это позволяет обойтись без микроконтроллеров ! Скорость - примерно 1000 байт(чисел)  в секунду.
Так как сейчас COM порт встречаться   редко ( тем более на ноутбуках) применяется переходник  USB-COM-port ,  в результате чего  ГСЧ  можно назвать «USB девайсом»  так как физически передача данных происходит через USB , программно  -  приём данных происходит через виртуальный COM порт.

 На ПК необходимо установить драйвер, который поставляется с переходником  USB-COM-port. После этого в диспетчере устройств появиться  виртуальный COM порт , которой от  аппаратно ничем не отличается.
Поток случайных чисел  накапливается в буфере драйвера COM порта.
Программа считывает данные из буфера COM порта ,рассчитывает  энтропию и выводит данные на график. На графике две линии , одна (красная) энтропия аппаратного  ГСЧ , вторая(зелёная) энтропия псевдослучайного ГСЧ (функция random в  С++). График random  служит как образец энтропии  (использовался для сравнения,  при настройки аппаратного  ГСЧ).
Интерфейс программы состоит из трёх окон .
Основное окно с графиком энтропии .
Окно лога , с данными  –  номер замера_энтропия_время.
Окно с графиком частоты встречаемости чисел ( для каждого замера).
Программа позволяет сохранять график энтропии  и лог .
В принципе программа будет работать без аппаратного ГСЧ ,программа выдаст ошибку - надо нажать ОК и  будет отображаться только функция random ,чтобы в логе и графике частоты были данные random - надо снять галочку с пункта  (Аппаратный-ГСЧ).
Под  ХР  программа работает точно , совместимость с другими версиями надо проверять.
Программа ещё в процессе написания , я ещё подумаю какую информацию можно выжать из массива случайных чисел .


Теперь подробнее о схеме .


Основная проблема в подборе стабилитрона  , не все подходят . Придётся перебрать штук 10 ,важны  уровень и чистота шума .
Диоды D1 D2 , элементы термостабилизации напряжения стабилитрона  КС133.
С1 ( желательно танталовый)  фильтрует напряжение  питания для стабилитрона.
C2 ,R13  C10,  формируют  АЧХ  ( так как АЧХ шума неравномерна )
На U1:В реализован ФНЧ с частотой среза 5 кГц, это надо что бы спектр импульсов на выходе напоминал спектр импульсов  COM порта на скорости передачи 9600 бод.
Audio-Out ( C10)  для контроля сигнала на осциллографе и анализаторе спектра , размах сигнала на выходе примерно 500 мВ.
Порог срабатывания компаратора U2:A  -  адаптивный , реализован на R9 С7 , такое решение позволяет не волноваться о термостабилизации по постоянному напряжению,  схема сама подстраивается в зависимости от уровня напряжение на выходе ОУ U1:B .
 Конденсаторы С2,С10,С4,С5,С6 желательно термостабильные( не керамика) , так как случайное  распределение чисел  зависит от АЧХ всей схемы. Это единственный пункт по термостабильности . Конденсаторы ФНЧ С4,С5 желательно подобрать точно 3.3n , по возможности с меньшей разницей в номиналах.Тоже самое с резисторами R5,R6.
На Q1 сделан преобразователь уровней , отрицательное напряжение необходимое для преобразования уровней  берётся с вывода 3 TXD COM порта.
При настройки схемы надо контролировать ровность спектра шумового сигнала .
Выглядеть должно так , равномерный спектр со  спадом начинающимся с 5 кГц.

В принципе можно применить и микроконтроллер для  формирования потока случайных чисел ,главное условие – непрерывный поток чисел.
 Настройки  порта :
 BaudRate= CBR_9600;
 ByteSize=8; 
 StopBits=ONESTOPBIT; 
 Parity=NOPARITY;

Программу можно скачать ниже

[ЛУТ]

Есть обновления в программе , добавлена карта распределения вероятности

Алгоритм построения карты такой -  по горизонтали строки состоящие из точек ,яркость которых зависит от значения случайного числа , ноль - черная точка,  255 максимальная яркость, другие числа - полутона . Количество точек равно количеству чисел в массиве (на этой карте 1000).
Количество строк по вертикали  равно количеству замеров ( в данном случае 500)

Для открытия окна с картой -  нажать кнопку "Freq+Map"
Чтобы на карте отображались данные random   -  снять галочку с пункта "Аппаратный-ГСЧ"

Если при запуске появляется окно с ошибкой, значит на вашем ПК нет COM портов , надо нажать OK и программа продолжит работу, будет отображаться только функция random.

Новую версию программы можно скачать ниже.

[ANDRY]

вся беда в непостоянности температурного шума стабилитрона,никакой термо..и прочее компенсации диоды не принесут.я конечно колхозник..извиняюсь ...как тут прикрепить фото???вот где настоящая энтропия,происхождение этих сообщений в сотовом так и не нашлось,хотя проверяли и телефон и сервер и вообще....это конечно не аномальная зона,а может и она....через пару тройку дней будет годовщина этих тварей....которые летали тут,после которых чуть не умер....с тех пор и начал побаиваться всего что не очень нормально,и поговорить то теперь не с кем,виз ушел,летом хотел ко мне приехать....а я...водку я пью ребята,ну бывает......

[Esgal]

фото нужно кинуть на любой фоторесурс, а здесь вставить на него ссылку кнопкой из линейки редактирования (с картинкой которая и всплывающей подсказкой "вставить изображение")

[ЛУТ]

вся беда в непостоянности температурного шума стабилитрона,никакой термо..и прочее компенсации диоды не принесут

В том то всё и дело - у стабилитронов шумы не тепловые , это результат квантовых процессов в обратно-смещённом pn переходе. Электроны телепортируются и происходит это хаотически, при преодолении электроном барьера, просаживается напряжение на стабилитроне, и зависит оно (напряжение) от количества  электронов преодолевших потенциальный барьер в конкретный момент времени . Механизм этих процессов не ясен ,  квантовая физика ...   

Если ты ANDRY внимательно присмотрелся к графикам и картам которые я тут выложил то должен был заметить - разницы между ГСЧ на стабилитроне и программным генератором псевдослучайных чисел практически нет! Генератор псевдослучайных чисел  ведёт себя как идеальный ГСЧ , слишком идеальный ,у него никогда не будет снижения энтропии , но и поэтому его случайность становиться предсказуемой (при больших массивах случайны чисел) .
На графиках и картах энтропия аппаратного ГСЧ стабильна на больших промежутках времени ,  и если энтропия резко изменяться то на это стоит обратить внимание.
Да и при экспериментах ГСЧ будет экранироваться и термоизолироваться, что снизит влияние внешних физических факторов до минимума

[ANDRY]

Лут!мы можем долго спорить,шумы тепловые или нет в стабилитроне.в квантовой физике я не очень конечно,да думаю и никто не может со 100% достоверностью это доказать. но по моему опыту обычного практика в силу своих наблюдений раздумываю о многом...своего рода диванный теоретик)))это в принципе лучше... что то делать и в чем то ошибаться .....чем гонять задрав глаза по всяким...ну типа космопоиска,уж не обижайтесь,ВЧ я не люблю.....у меня цель то в общем раннего предупреждения появления НЛО!я знаком с разработками сергея некоторыми.....   фрактальными катушками..всё хорошо.правильно можно сказать..я шел по другому принципу,два генератора,один экранированный,кварцованный,термостабилизированный,второй или обычный RC,либо тоже кварцованный..потом выделение поднесущей...либо положительной,либо отрицательной....в любом случае лучше чем ничего...но думаю в моём случае..ну по крайней мере что я видел...это не поможет...есть переодичность,где то от 9 до 10.5 лет .на основании того,что я видел это нечто обладает настолько огромными возможностями...суть дела в следующем(по моему пониманию)я видел это...когда подлетело одно из них....,я точно помню,что как бы сказать....такое ощущение,что как бы в одном месте,в другом и в третьем одновременно помню,что был,то есть как бы сдвинута реальность или пространство,рывками сдвигается резко,возможно от этого и жуткое ощущение и прочее....как плохо не уметь передать свои мысли...беда у меня...это не единственный случай...вот к примеру с моего сотового которые появились после зависания надомной:t,Γ'¥klrhv¡,sICGQCAÖCYSGQÑsQw¡*gaKgQѧw¡&kÄÄCubj¿Ö¿¿¤+%w¡è¥æΨÉ¥)Abr¿llb¡¿jl¿¿¿lrv¡¿fÖ¿bÖbd¡b¿tdl     Γ'¥klrhv¡ßaYCiCAjgYkOAZ§ESYѧO§ADCÑWCAtCA¿KeS§IAfAdhÜbdÜd¿bb¡¿§AdfÜ¿bÜd¿bdv¡*gaKgQѧw¡&kÄÄCuf¿Ö  ö,Γ'¥klrhv¡èKuÑCYSGQÑsA¿KeKm§IAfeKIgimw¡*gaKgQѧw¡&kÄÄCubfnpÖlj¤+%w¡Φ))Abrnhn¿¡¿jl¿¿¿lrv¡bbÖbbÖbb.
а рядом столько техники,буквально в 10 метрах свч приемники и несколько контроллеров ,да и ещё много чего,но это больше по леталкам,простите уж за ...ну вот надрался сегодня...и исходя из того,что видел я,мои друзья.... не наше это,причем видели и техногенные объекты,и треугольник с дырой посредине с несколькими огнями,люди такое делать...ну думаю не могут.сори,я спать...