基于SP 800-22标准的随机性测试方法研究与快速实现

随机数在密码系统中起着至关重要的作用。一个有缺陷的随机数序列,可能会导致整个密码系统被攻击者攻破。因此,测试随机数的随机性是非常重要的环节。具体地,介绍美国NIST公布的SP 800-22随机数测试标准,通过同时计算多个比特数据、优化统计测试公式和降低计算复杂度等方法,对其中的部分测试项进行了基于C语言的快速实现。测试结果表明,采用该快速实现方法能显著提升随机数测试速率。

SP 800-122《保护个人身份信息的保密指南》标准研究

分析了NIST SP 800-122的背景,解读了SP 800-122版的主要内容,重点研究了个人身份信息PII的定义、处理原则、保密影响评估、保密措施以及应急响应措施等内容,为研制适合我国个人信息保护的相关标准提供重要参考,为保障用户与PII相关的信息和信息系统的安全提供指导。

基于随机序列统计特性的伪随机序列生成方法

在现有生成伪随机序列的方法中,产生的伪随机序列存在均衡性、游程特性不够好的问题。根据随机序列的统计特性,在骑士巡游问题SemiHam求解算法的基础上,提出了基于随机序列统计特性的伪随机序列生成方法。首先,对棋盘中的格子设定不同长度的0、1游程值;然后,再用骑士巡游问题SemiHam求解算法产生的Hamilton圈对设定游程值的棋盘进行扫描;最后,取出0、1游程值,得到伪随机序列。实验结果表明,该算法产生的伪随机序列满足随机序列统计特性,且随机性较好。

一类二次多项式混沌及其随机数生成器设计

构造了一类与Tent映射拓扑共轭的二次多项式混沌映射,该二次多项式混沌映射具有三个系统参数,并给出了该类混沌映射的概率密度函数。根据对应的概率密度函数,设计了一个反正弦函数,通过反正弦函数变换,使二次多项式混沌映射生成的随机数在区间(-0.5,0.5)上服从均匀分布,利用区间划分的方法设计了一个能生成{0,2~m-1}的伪随机数发生器。理论分析和实验结果表明该随机数发生器生成的随机序列具有较好的初值敏感性、自/互相关特性,并通过了NIST SP800-22随机数检测。

基于改进混沌系统的伪随机数发生器

基于混沌系统的伪随机数发生器的性能会受到所采用混沌系统的复杂度的影响,为了能够生成随机性更好的序列,需要提高混沌系统的复杂度,为此提出了一种改进的混沌系统。改进的混沌系统由三个连续混沌系统组成,利用控制序列按照一定的规则进行切换。通过对相图、分岔图、最大Lyapunov指数的分析,发现改进的混沌系统跟子系统相比,系统参数区间、遍历范围和最大Lyapunov指数均增大。在改进混沌系统的基础上,设计了一种伪随机数发生器。该伪随机数发生器利用两个改进的混沌系统并设置不同的参数,分别对两个改进混沌系统的连续轨道进行采样,将采样结果转换成IEEE二进制浮点数算数标准(IEEE754)的格式,然后依次进行截断、S-盒变换和异或操作,生成最终的随机数。用美国国家标准与技术研究院SP800-22标准(NIST SP800-22)对生成的随机数序列进行检测,结果表明生成的随机数可以通过全部测试。

Q_Value检测:一种新的随机数统计检测方法

随机数在密码与安全技术方面使用广泛,随机数的产生和使用过程中,需要对随机数的随机性进行检测,统计检测是一种普遍采用的随机数检测方法,其中NIST发布的SP 800-22统计检测包是国际上常采用的统计检测方法,它包含15个检测项目,每个检测项又分为一级检测和二级检测.对于SP 800-22的正态分布型检测项目,我们发现这些检测项目的二级检测是不完备的,即通过这种检测的随机序列仍有可能在所检测的统计特性上存在缺陷.这是因为,正态分布型的检测计算出的P_value适用于一级检测,不适用于二级检测,因为在二级检测中,即使该P_value分布均匀,被测序列通过检测,这个序列也不一定满足所检测性质,为此,不同于原标准二级检测中的P_value均匀性检测,本文提出了Q_value的均匀性检测作为正态分布型检测项目的二级检测,并且给出了Q_value参数的非渐进分布,我们发现相比于P_value,Q_value的分布更接近于均匀分布,用于新的检测能降低误检率提高可靠性.最后,本文通过实验证实Q_value检测能够发现一些更为隐蔽的统计缺陷.

基于混沌系统的伪随机数发生器设计

伪随机数发生器广泛应用于信息安全领域,基于超混沌Lorenz系统和斜帐篷映射提出一种伪随机数发生器。首先利用超混沌Lorenz系统迭代产生4路伪随机序列{S1,S2,S3,S4},并以每8位为一个分组;然后利用斜帐篷映射迭代产生1个伪随机序列Ss用于数据选择;最后通过Ss序列值选择{S1,S2,S3,S4}序列中的一个为该8位的输出,继而产生伪随机序列输出。设计方案的输出结果通过了NIST的SP800-22 rev1a的全部随机性检验,并用图像加密测试证明其具有良好的随机性。

基于de Bruijn图的M序列递归升级构造方法

高级M序列具有良好的伪随机特性和安全特性,广泛应用于信息安全领域,如何快速有效生成高级M序列一直是研究的热点。在图论知识的基础上,给出一种新的M序列递归升级构造方法,根据n级de Bruijn图中的一条Hanilton回路构成n级M序列、Euler回路构成n+1级M序列的原理,在已知一条二元n级M序列的条件下,将M序列转换为de Bruijn图中一条Hamilton回路,求出该Hamilton回路的补路,得到一条Euler回路,从而构成n+1级M序列,据此依次递归生成一条更高级的M序列。利用NIST SP 800-22随机数测试标准对生成的高级M序列进行测试,结果表明,该方法生成的高级M序列测试值都大于0.01,满足随机性要求。

一种基于三维离散混沌映射的伪随机数生成器

为了设计性能较好的伪随机生成器,基于修正版的Marotto定理提出了一种新的三维离散混沌系统.通过一个实数域到整数域的变换设计了一个混沌伪随机数生成器(CPNG),对CPNG产生的二进制码进行了相关性、互相关性测试和线性复杂度分析.利用SP800-22标准对CPNG产生的1000个二进制码的随机性进行了检测,分析结果表明:设计的CPNG能产生性能良好的伪随机数,且产生方法简单,比较适合用于信息安全领域.