本文關鍵詞：一種組合式隨機數(shù)發(fā)生器的設計與實現(xiàn)

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【摘要】：目前,隨機數(shù)發(fā)生器在密碼學領域中的應用越來越廣泛,隨著加密技術的發(fā)展,解密技術也迅速地發(fā)展著,有一些解密公司甚至聲稱只要有足夠的時間和金錢就可以解密所有的加密芯片,本文設計的是可以具有成本效益且安全的隨機數(shù)發(fā)生模塊。本文設計了一種組合隨機數(shù)序發(fā)生器,利用硬件電路和單片機STM32來實現(xiàn)數(shù)據采樣、算法和數(shù)據處理功能,本文對隨機序列的生成原理和相關的測試方法及標準進行了深入的研究和討論。在硬件電路方面,利用了振蕩采樣法和直接放大法組合的方式來產生真隨機數(shù),在算法方面,首先,由真隨機數(shù)模塊提供隨機的初始種子和參數(shù);然后利用主算法生成“0”和“1”等概率的序列;其次,對產生的數(shù)據進行重新排序;最后,SHA_512安全散列算法是用來進一步發(fā)散序列,為序列增強隨機性。該算法引入不確定度和高速轉換,根據數(shù)據的奇偶性得到一組不規(guī)則的“0”和“1”序列,并減少了生成的數(shù)據之間的相關性,最后提出了一種輸出機制,采用多種方式輸出,利用數(shù)據緩存的方式,串行地輸出兩種生成方式不一的隨機序列,提升了輸出數(shù)據的不可測性,同時也能提升了隨機數(shù)輸出速率。為了評估設計隨機數(shù)發(fā)生器輸出數(shù)據的統(tǒng)計特性,提出了基于NIST SP 800-22國際標準檢測項目檢查的測試方案,針對系統(tǒng)內部與外部生成的序列進行檢測,測試結果表明所設計的隨機數(shù)發(fā)生器能產生隨機性良好的數(shù)據。本文設計的組合式隨機數(shù)發(fā)生器在串行輸出狀態(tài)時輸出比特率達到了10Mbps,并通過了NIST SP800-22測試。除了可以滿足項目的需要,還可以被應用在信息安全、交通安全,神經網絡,計算隨機模擬、數(shù)字系統(tǒng)內置的檢測性能,游戲和電子政務和電子商務系統(tǒng)等領域。
【關鍵詞】：隨機數(shù)生成器 安全性 偽隨機數(shù) 真隨機數(shù)
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN918
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-15
• 1.1 選題背景與研究意義11
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 論文的研究工作和內容結構安排13-15
• 第二章 隨機數(shù)發(fā)生器的概念及原理15-35
• 2.1 隨機數(shù)發(fā)生器的概念15-17
• 2.1.1 隨機數(shù)的概念15
• 2.1.2 隨機數(shù)發(fā)生器分類15-17
• 2.1.3 隨機數(shù)發(fā)生器的特點17
• 2.2 隨機數(shù)發(fā)生器的原理17-34
• 2.2.1 偽隨機數(shù)發(fā)生器的原理17-23
• 2.2.2 真隨機數(shù)發(fā)生器的原理23-28
• 2.2.3 數(shù)據處理原理28-34
• 2.3 本章小結34-35
• 第三章 隨機數(shù)發(fā)生器需求分析及系統(tǒng)架構35-45
• 3.1 隨機數(shù)發(fā)生器的需求35-38
• 3.1.1 一次一證技術35-36
• 3.1.2 商品防偽認證系統(tǒng)架構36-38
• 3.1.3 需求分析38
• 3.2 隨機數(shù)發(fā)生器的指標38-40
• 3.3 隨機數(shù)發(fā)生器的架構設計40-45
• 3.3.1 真隨機數(shù)發(fā)生器的分析40-41
• 3.3.2 偽隨機數(shù)發(fā)生器分析41-43
• 3.3.3 系統(tǒng)架構43-45
• 第四章 組合式隨機數(shù)發(fā)生器的設計及實現(xiàn)45-70
• 4.1 熵源模塊的設計45-49
• 4.1.1 熵源模塊分析45
• 4.1.2 熵源模塊系統(tǒng)設計45-49
• 4.1.2.1 熵源模塊采樣機制46-47
• 4.1.2.2 熵源模塊的架構設計47-49
• 4.1.2.3 熵源模塊小結49
• 4.2 算法模塊的設計49-60
• 4.2.1 初始種子提取算法設計51-53
• 4.2.1.1 初始種子庫52
• 4.2.1.2 種子提取機制52-53
• 4.2.1.3 初始種子算法模塊小結53
• 4.2.2 主算法設計53-55
• 4.2.2.1 參數(shù)選擇53-54
• 4.2.2.2 初始種子分析54
• 4.2.2.3 二進制序列轉換54
• 4.2.2.4 主算法描述54-55
• 4.2.2.5 結果分析55
• 4.2.3 從算法設計55-58
• 4.2.3.1 參數(shù)選擇56
• 4.2.3.2 初始種子分析56
• 4.2.3.3 從算法描述56-58
• 4.2.3.4 結果分析58
• 4.2.4 組合算法設計58-60
• 4.2.4.1 組合算法描述58-59
• 4.2.4.2 結果分析59-60
• 4.2.5 算法模塊小結60
• 4.3 數(shù)據處理模塊設計60-65
• 4.3.1 系統(tǒng)功能及內部結構60-61
• 4.3.2 熵源模塊處理方案61-63
• 4.3.2.1 系統(tǒng)架構61-62
• 4.3.2.2 方案原理62-63
• 4.3.3 算法模塊處理方案63
• 4.3.4 輸出控制模塊設計63-65
• 4.3.5 數(shù)據處理模塊小結65
• 4.4 組合式隨機數(shù)發(fā)生器的實現(xiàn)65-69
• 4.4.1 電源電路65-66
• 4.4.2 RS232總線電路66
• 4.4.3 熵源電路66-67
• 4.4.4 系統(tǒng)架構圖67-69
• 4.5 本章小結69-70
• 第五章 組合式隨機數(shù)發(fā)生器系統(tǒng)測試70-77
• 5.1 系統(tǒng)測試概念及標準70-72
• 5.1.1 隨機性測試的概念70-71
• 5.1.2 NIST隨機數(shù)測試標準71-72
• 5.2 隨機性測試方案與結果分析72-76
• 5.2.1 總體方案72-73
• 5.2.2 測試流程及實現(xiàn)73-74
• 5.2.3 測試結果及分析74-76
• 5.3 本章小結76-77
• 第六章 總結77-78
• 致謝78-79
• 參考文獻79-82
• 攻讀碩士學位期間取得的成果82-83

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