一种组合式随机数发生器的设计与实现

摘要

目前，随机数发生器在密码学领域中的应用越来越广泛，随着加密技术的发展，解密技术也迅速地发展着，有一些解密公司甚至声称只要有足够的时间和金钱就可以解密所有的加密芯片，本文设计的是可以具有成本效益且安全的随机数发生模块。
　　本文设计了一种组合随机数序发生器，利用硬件电路和单片机STM32来实现数据采样、算法和数据处理功能，本文对随机序列的生成原理和相关的测试方法及标准进行了深入的研究和讨论。在硬件电路方面，利用了振荡采样法和直接放大法组合的方式来产生真随机数，在算法方面，首先，由真随机数模块提供随机的初始种子和参数；然后利用主算法生成“0”和“1”等概率的序列；其次，对产生的数据进行重新排序；最后，SHA_512安全散列算法是用来进一步发散序列,为序列增强随机性。该算法引入不确定度和高速转换，根据数据的奇偶性得到一组不规则的“0”和“1”序列，并减少了生成的数据之间的相关性，最后提出了一种输出机制，采用多种方式输出，利用数据缓存的方式，串行地输出两种生成方式不一的随机序列，提升了输出数据的不可测性，同时也能提升了随机数输出速率。
　　为了评估设计随机数发生器输出数据的统计特性，提出了基于NIST SP800-22国际标准检测项目检查的测试方案，针对系统内部与外部生成的序列进行检测，测试结果表明所设计的随机数发生器能产生随机性良好的数据。
　　本文设计的组合式随机数发生器在串行输出状态时输出比特率达到了10Mbps，并通过了NIST SP800-22测试。除了可以满足项目的需要，还可以被应用在信息安全、交通安全，神经网络，计算随机模拟、数字系统内置的检测性能，游戏和电子政务和电子商务系统等领域。

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第一章绪论

1 .1选题背景与研究意义

1 .2国内外研究现状

1.3论文的研究工作和内容结构安排

第二章随机数发生器的概念及原理

2 .1随机数发生器的概念

2 .2随机数发生器的原理

2 .3本章小结

第三章随机数发生器需求分析及系统架构

3 .1随机数发生器的需求

3 .2随机数发生器的指标

3 .3随机数发生器的架构设计

第四章组合式随机数发生器的设计及实现

4 .1熵源模块的设计

4 .2算法模块的设计

4 .3数据处理模块设计

4 .4组合式随机数发生器的实现

4 .5本章小结

第五章组合式随机数发生器系统测试

5 .1系统测试概念及标准

5 .2随机性测试方案与结果分析

5 .3本章小结

第六章总结

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果