基于不同产生机制的伪随机序列和DNA序列的随机性测量

张巍琼, 郑智捷

（1.云南大学软件学院信息安全系,云南昆明 650091;2.云南省软件工程重点实验室,云南昆明 650091）

0 引言

如今,网络安全问题已经成为国家安全问题[1]。而随机性作为香农理论[2]的一个重要思想,在密码学领域中得到了充分的体现和应用,是密码学安全性的基础。正如密码学家Bruce Schneier所言,随机序列是谈论最少的密码学问题,但没有哪个问题比这个问题更重要[3]。

对于网络通信而言,实现一个有弹性的伪随机序列生成器非常必要[4],它可以用来产生会话密钥、时间戳、认证挑战码、初始向量[5]。NIST标准发布了AES加密算法,取代当前使用的DES算法,它们都可以作为伪随机数生成器的基础算法。另外,生物学上,有些学者认为核苷酸序列具有近似的随机性[6]。

文中致力于比较不同产生机制生成序列的随机性检测结果,为网络通信安全的研究提供一定的参考。讨论的伪随机数生成器以单一的TDES和AES算法实现的伪随机数生成器为基础,并做相应修改,形成结构更加复杂的3-TDES机制和3-AES机制,用来生成伪随机序列。而DNA序列转换机制则用来形成0-1序列,方便观察碱基序列的随机性。最后选用的随机性检验方法是NIST标准[7]中的单比特频数检测方法。此外,评价方式统一采用P-value,该方式对于长序列更加方便和准确。通过观察不同伪随机序列的测量模型和可视化模型,结果就显而易见了。

1 生成伪随机序列的基本方法

理论上,要求伪随机数产生器具备以下特征:良好的统计分布特性,高效率的伪随机数产生,伪随机数产生的循环周期足够长,产生机制可移植性好和伪随机数可重复产生。……