diplomová práce

Generování náhodných čísel pomocí magnetických nanostruktur

Text práce 7.77 MB

Autor práce: Ing. Roman Jíra

Ak. rok: 2014/2015

Vedoucí: Ing. Michal Urbánek, Ph.D.

Oponent: doc. Ing. Karel Burda, CSc.

Abstrakt:

Generování náhodných čísel může být založeno na fyzikálních jevech, v nichž vystupuje pravděpodobnost, na algoritmech, které využívají především složité či jednosměrné matematické funkce, případně na kombinaci obou těchto přístupů. Magnetický vír je základním stavem magnetizace, který vzniká v magnetických mikro- a nanostrukturách vhodného tvaru, rozměrů a materiálu. Vhodnými podmínkami při vzniku tohoto stavu magnetizace lze zajistit, že veličiny, kterými ho lze popsat, mají náhodný charakter. V rámci této práce je představen koncept generátoru skutečně náhodných čísel, který využívá náhodného přepínání stavů magnetického víru. Následně je provedena jeho realizace a experimentální generování náhodných čísel, která byla poté podrobena statistické analýze.

Klíčová slova:

magnetický vír, cirkulace magnetizace, anizotropní magnetorezistivita, generátor náhodných čísel, skutečně náhodná čísla

Termín obhajoby

22.6.2015

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znakmkaAznamka

Klasifikace

A

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Fakulta strojního inženýrství

Ústav

Ústav fyzikálního inženýrství

Studijní program

Aplikované vědy v inženýrství (M2A-P)

Studijní obor

Fyzikální inženýrství a nanotechnologie (M-FIN)

Složení komise

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc. (člen)
prof. RNDr. Jiří Komrska, CSc. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Ivan Křupka, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Posudek vedoucího
Ing. Michal Urbánek, Ph.D.

Diplomová práce pana Romana Jíry se zabývá praktickou realizací a testováním generátoru náhodných čísel založeného na náhodném přepínání cirkulace magnetizace v magnetickém víru. Přes počáteční poněkud rozpačitý rozjezd pan Roman Jíra odvedl vynikající práci a svůj nápad s využitím magnetických vírů pro generování náhodných čísel dovedl ke zdárné realizaci. Při plnění úkolů diplomové práce pracoval pilně a dostatečně samostatně. Samotná diplomová práce je zpracována pečlivě a přehledně, oceňuji autorovu samostatnost při testování a statistické analýze dat generovaných připravenými vzorky vortexových generátorů náhodných čísel. Konstatuji, že všechny cíle diplomové práce byly splněny a práci hodnotím stupněm A.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Známka navržená vedoucím: A

Posudek oponenta
doc. Ing. Karel Burda, CSc.

Cílem práce bylo navrhnout koncept generátoru náhodných čísel, založeném na náhodném přepínání stavů v magnetickém vortexu. Po úvodní kapitole se autor věnuje popisu problematiky magnetických vírů. Třetí kapitola je věnována otázkám generování a testování náhodných čísel. Po této analytické části následují kapitoly popisující koncept generátoru, technologii výroby a experimenty. V šesté kapitole autor uvádí výsledky statistické analýzy získaných dat a poslední kapitola je závěr.

Autor v práci podrobně vysvětluje fyzikální základy magnetických vírů i problematiku generování a testování náhodných čísel. Návrh samotného konceptu generátoru je logický a zdůvodněný. Práce obsahuje i popis technologie jeho výroby. Na závěr je vysvětlena metoda měření a jsou statisticky analyzovány vygenerované posloupnosti. K této analýze bych spíše doporučoval použít baterii testů podle NIST SP 800-22, ale i autorem použité sady testů dávají poměrně jednoznačné výsledky.

Získané výsledky bohužel ukázaly, že navržené řešení není ani tak generátorem náhodné posloupnosti, jako spíše zdrojem entropie s vydatností kolem 0,1 shannon/bit. Nevidím to jako chybu autora, ale spíše jako vlastnost použitého fyzikálního jevu. K praktickému využití je tak nutno sestrojený zdroj entropie doplnit buď vhodným extraktorem náhodnosti, nebo generátorem pseudonáhodné posloupnosti.

Celkově oceňuji rozsah, hloubku, původnost a kvalitu diplomové práce - podle uvedených kritérií se spíše blíží disertační práci. Z těchto důvodů práci hodnotím 100 body, tj. Výborně.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A

Známka navržená oponentem: A