מחולל מספרים אקראיים
שיטות פיזיקליות (חומרה) > מקורות טבעיים

להלן מספר מקורות טבעיים המאפשרים יצירת אקראיות אמיתית:
רעש שוט; מקור רעש קוונטי במעגל חשמלי. דוגמה פשוטה היא דיודת אור, שבשל עקרון אי הוודאות פוטונים הנתקלים במעגל גורמים לשינויי מתח מקריים. מחשב Atari 8-bit השתמש בשיטה כזו.
קרינה רדיואקטיבית; כמו זו המשמשת במערכות גילוי עשן מסוימות. הקרינה נמדדת באמצעות מונה גייגר המחובר למחשב. חברת HotBits מנצלת טכניקה כזו.
פוטונים; חלקיקי אור העוברים דרך מראה חצי שקופה. מוצר מסחרי של חברת id Quantique מבוסס על טכנולוגיה דומה.
רעש תרמי; רעש הנובע מנגד המוגבר באמצעות מגבר ליצירת מקור מתח אקראי. תופעות מסוג זה קלות ליישום ורגישות לטמפרטורה של המערכת. ומאותה סיבה פגיעות להתקפות ניסיון לשינוי טמפרטורת המכשיר.
רעש מפולת; רעש הנוצר מדיודת מפולת או מדיודת זנר.
רעש אטמוספירי או רעש לבן; נמדד באמצעות מקלט רדיו המחובר למחשב. חברת Random.org משתמשת בשיטה זו. פרטים על כיצד מנוצל הרעש לצורך מספרים אקראיים אפשר למצוא באתר החברה.
מנורת לבה; טכניקה ידועה של צילום התנועה האקראית של בועות שעווה צמיגות במכל זכוכית ויצירת מספרים אקראיים מהתמונות. המחולל האקראי Lavarand של חברת סיליקון גרפיקס פעל בשיטה כזו.
ערבוב פריימים של סרטי וידאו או תמונות של שמים ביום מעונן. חברת טכנולוגיות ליתיום האמריקאית השתמשה במצלמה קבועה שכוונה לשמים ביום מעונן כדי לייצר מספרים אקראיים.
פיגור שעון (clock drift); תופעה הקיימת בשעונים כמו שעוני יד שנוטים לפגר או למהר לאחר זמן. הפרש הזמן הנמדד בין השעונים אינו קבוע ויכול לשמש כמקור לאקראיות. שעונים פועלים על מתנד קריסטלי או קוורץ המייצר אות חשמלי מחזורי. גרסה מסוימת של מרכזת אינטל כוללת התקן המנצל תופעה זו. המחולל מורכב משני מתנדים אחד מהיר והשני אטי ודיודה תרמית לאפנון המתנד האיטי שמפעיל בתורו מדידה של המתנד המהיר. פלט המדידות עובר דה-קורלציה לפני שהופך לרצף אקראי. על עיקרון דומה פועל מחולל חומרה המובנה במעבדי VIA Technologies, גרסה אחת שלו פועלת על שילוב של ארבעה מתנדים במקצבים שונים. תוצאת XOR של שניים מהם משמשת להטיה של המתנד השלישי שבתורו משמש לשליטה במתנד הרביעי המייצר את הסיביות האקראיות. אקראיות מערכת מסוג זה מנצלת את העובדה ששינויים מינוריים במשתנים סביבתיים כמו טמפרטורה ומתח חשמלי משפיעה על קצב המתנדים ובכך מושגת אנטרופיה גבוהה. קצב העבודה של מחוללים אילו גבוה, הפלט הגולמי מופק בקצב של עשרות מגה בית בשנייה והגישה אליהם מוגבלת ברמת משתמש כדי למנוע ניסיון לשלוט במחולל.
מרבית המכשירים המבוססים על התופעות המנויות בדרך כלל יקרים לייצור ותחזוקה, נוטים להיות אטיים מאוד ותוצאתם לא תמיד נקייה מנטייה סטטיסטית בשל רגישותם הרבה לתנאים סביבתיים ומשתנים חיצוניים. כיוון שכך, נוהגים למצוא פשרה סבירה בין אקראיות מושלמת הנובעת מחומרה ייעודית מחד ואקראיות אלגוריתמית (חישובית) מאידך, על ידי ניצול אנטרופיה זולה וזמינה. מרבית אפליקציות האבטחה מנצלות אנטרופיה טבעית שאפשר להפיק מהמערכת עצמה; אפליקציות מסוימות דורשות מהמשתמש לספק מחרוזת ארוכה של קואורדינטות עכבר או הקשות מקלדת אקראיות. אלגוריתמים אחרים דוגמת Yarrow משתמשים בטכניקה של איסוף נתונים אקראיים מגוונים לתוך "מאגר" (pool), שם הם מעובדים באמצעות פרימיטיבים קריפטוגרפיים כמו אלגוריתם הצפנה או פונקציית גיבוב, לפני שמופק פלט אקראי. בכך מושג שיפור באקראיות ללא צורך בחומרה יקרה. טכניקה זו פגיעה להתקפות קורלציה, היות שחלק מהנתונים הללו קל לניחוש. לא קשה למשל לנחש את נתוני שעון מערכת ששימשו לאתחול המחולל, אם ידוע טווח הזמן המשוער שבו התבצעה קריאה למחולל.
ספריית Cryptolib המכילה אוסף שגרות ספרייה קריפטוגרפיות בשפת C++‎, מיישמת אלגוריתם הנקרא TrueRand ליצירת מספרים אקראיים המבוסס על רעיון המתנד. מרבית המעבדים המודרניים מכילים שני מתנדי גביש מובנים, אחד עבור שעון זמן אמת ואחד עבור שעון מעבד ראשי. אלגוריתם TrueRand מנצל עובדה זו, האלגוריתם משתמש בשרות (service) מערכת שעוצר את שעון זמן האמת. תת-שגרה אחת קובעת עצירה למשך קליק שעון אחד (1/60 של שנייה) בעוד שתת-שגרה אחרת נכנסת ללולאת המתנה. מאחר שהעצירה לא נמשכת בדיוק קליק שעון אחד, הסיבית הנמוכה ביותר של מונה הלולאה בין עצירה להפעלה של השעון השני, תהיה אקראית. בסביבה מרובת משימות אלגוריתם כזה עלול להיתקל בהשפעות לא אקראיות במקרה שמערכת ההפעלה תעצור את הלולאה הפנימית כדי לבצע מטלות אחרות.