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2023-01-31
香蕉為什么能做隨機數(shù)生成器？因為，它是水果界的“輻射之王”
更新時間：2022-06-18 16:56:35作者：佚名
楊凈 豐色 發(fā)自 凹非寺
量子位 | 公眾號 QbitAI
一個香蕉，竟然還能這么用？！
真·隨機數(shù)生成器，項目已開源。
要知道，平日里用計算機生成的（比如Random()函數(shù)）都是可以預(yù)測的偽隨機數(shù)。如果用來生成密碼，不能保證絕對的安全。
于是乎，研究人員就開始從大自然中尋找隨機數(shù)，比如大氣噪聲、量子力學(xué)、宇宙微波背景輻射。
那么香蕉，又是如何保證生成真·隨機數(shù)的呢？
按照小哥的解釋，就是先檢測香蕉中的放射性物質(zhì)衰變，經(jīng)過簡單算法處理后生成0-255范圍的隨機數(shù)。
等一下，似乎哪里不對？香蕉、放射性、輻射……
我吃了二十幾年的香蕉，你跟我說這個？？
水果界“輻射之王”
仔細研究了下發(fā)現(xiàn)，香蕉確實有輻射，而且還不小。
在水果界甚至還有著“輻射之王”的江湖稱號。
核心原因是香蕉中富含的鉀元素在作祟：100g香蕉含有約350毫克的鉀。
目前天然存在的鉀由三種同位素組成。其中只有少部分的原子核(約0.015%)，即鉀-40，具有放射性。
這些原子自發(fā)衰變，釋放出能量分離出電子（β 射線）和伽馬射線，從而對蛋白質(zhì)orDNA等生物分子造成損傷，從而引發(fā)放射性疾病或癌癥。
基于這樣的原理，也就決定了香蕉屬于是電離輻射，即核輻射。
嗯，被世衛(wèi)組織列為一類致癌物的那種。
但不用擔心，要想達到真正的致死量，人類需要吃3500萬根香蕉。
再加上，我們身體大約含有120g鉀的天然成分，通過新陳代謝，會將鉀的含量維持在一個恒定的水平。
鉀-40想要在體內(nèi)積聚，其實并不容易。
而為了更好地向大眾科普輻射強度，物理學(xué)家們喜歡用它來做對比，就專門設(shè)計了個名詞。
香蕉等效劑量，用來描述輻射強度的非正式單位。
對了，還借此辟個謠。
一些朋友可能看過這樣的論斷：香蕉的輻射要比手機要高？！
事實上，這兩者根本沒有可比性。一個是電離輻射，另一個則是非電離輻射。
兩者最大的區(qū)別，就是能量的高低，是否足以引起原子層面的變化，比如分離出電子。
△圖源：國際原子能機構(gòu)
非電離輻射，則是能量較低的那一掛，雖然不足以讓原子或分子分離出電子，但可以讓這些分子振動，產(chǎn)生熱量。這也就是微波爐的工作原理。
一個香蕉+300多元的硬件
這回理解了，香蕉就是個天然的鉀-40放射源。
利用鉀-40放射衰變是完全隨機的這一原理，就可以做成真隨機數(shù)生成器。
既然如此，具體是怎么做的呢？
很簡單。硬件上你只需準備一塊Andruino開發(fā)板+一個蓋革計數(shù)器。
這兩者加起來只要300多塊（板約40元，計數(shù)器約300元）。
蓋革計數(shù)器全稱蓋革-米勒計數(shù)器（Geiger-Müller counter），從1928年開始就是一個專門用來探測電離輻射強度的計數(shù)儀了。
它涉及的算法非常簡單，寫一個主循環(huán)，讓寄存器從0加到n，等于n時，寄存器重置為0。
一旦在這個過程中檢測到裝置上方香蕉中的鉀-40衰變放射出粒子，主循環(huán)就暫停，執(zhí)行中斷程序，將寄存器中的最后一個值作為隨機數(shù)返回，然后寄存器再重置為0，繼續(xù)循環(huán)。
比如，我們可以讓寄存器從0加到15，并用十六進制表示這幾個數(shù)（0-15也就為0-9、A-F），因此兩位十六進制數(shù)就可以組成1個字節(jié)的隨機數(shù)了，最終可以得到十進制范圍內(nèi)0-255的任意數(shù)。
ps.一個十六進制比如6F轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)就等于0110 1111，一共有8位，而一個字節(jié)正好等于8位二進制數(shù)。
這就是一個香蕉隨機數(shù)生成器的誕生。
以往要想獲得真正的隨機數(shù)，常見的做法就是將一些大自然的物理現(xiàn)象產(chǎn)生的隨機量轉(zhuǎn)化成數(shù)字信息。
比如電阻熱噪聲、半導(dǎo)體中的雪崩效應(yīng)、電路混沌效應(yīng)等。
還有人甚至會用到更為復(fù)雜的量子現(xiàn)象，比如散粒噪聲、光電效應(yīng)，以及宇宙微波背景輻射，也就是前面提到的放射性衰變。
現(xiàn)在，只需要一個香蕉、300多塊的硬件就可以做成，簡直不要太方便。
事實上，GitHub上其實已經(jīng)有很多類似項目，推特上也有一個賬號曾每天發(fā)200多個隨機數(shù)堅持了一年。
原來香蕉不光只是可以吃呀
其實，有關(guān)香蕉的妙用還不止此。
比如，它可以成為游戲手柄。
就在今年，索尼申請了一項讓人看起來覺得很有意思的專利，該專利立志把“便宜、簡單、非電子的設(shè)備變?yōu)橛螒蛲庠O(shè)”。
這不，他們就通過一些設(shè)備和技術(shù)把虛擬按鍵投射到了香蕉上，變成了手柄。
以及把兩根香蕉通過掃描識別變成雙搖桿，還能控制一些步行模擬器或飛行類的游戲。
再比如，香蕉還可以用來感受物理學(xué)科的神奇，即正電子。
因為鉀-40在發(fā)生β+衰變?yōu)闅?0時，會同時放出一個正電子。于是一位來自果殼的網(wǎng)友，提供了個方法：
嗯，感興趣的朋友，可以試試。
當然，香蕉還可以作為平日里惡搞的工具。
準備個“香蕉+棗”，“香蕉+雪碧”等組合，會讓你的朋友發(fā)現(xiàn)新世界。
而在虛擬世界中，香蕉也有你想不到的用處。
《殺手3》游戲中，它就被設(shè)定成了一種武器！便攜又好隱藏，連子彈的攻擊都不可擊穿。
由此也成為了一個極其受玩家好評的“暗殺”工具，分分鐘拍暈一個人高馬大的基地守衛(wèi)不說，一旦化身“地雷”，敵人踩到立馬摔倒躺尸。
△ 圖源游研社
（越來越離譜了哈。）
最后，別忘了，一個人和香蕉的基因也是有41%的相似性哦～(手動狗頭)
參考鏈接：
[1]https://www.mcgill.ca/oss/article/you-asked/it-true-banana-radioactive
[2]https://www.iaea.org/zh/newscenter/news/shi-yao-shi-fu-she
[3]https://www.mcgill.ca/oss/article/you-asked/it-true-banana-radioactive
[4]https://mp.weixin.qq.com/s/KqcoIqotWNLIxyPwX-Y2tg
[5]https://github.com/gbonacini/nuclear_random_number_generator
[6]https://twitter.com/Hacksterio/status/1519118940810711040