用于检测不规则图形的在线随机性测试制造技术

一种测试由随机数发生器实时产生的随机数的方法和设备。当产生一系列随机数时，在一个特殊的、预定的时间间隔范围内确定具有预先确定的逻辑值的值的一系列位，然后将其加到指数平均运算（Ａ）上。然后，通过比较所有所说指数运算的输出与预先确定的可接受范围，确定所产生的随机数是否是可以预测的。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及随机数发生器领域，更加具体地说，本专利技术涉及用于分析实时产生的随机数的统计质量的数字式数据处理设备和方法。
技术介绍
随机数用于许多电子系统中的各种不同地应用场合。在加密应用中，按某些密码术形式使用随机数发生器提供消息的安全传输，因而只有预定的接收端才能理解由授权的发送端传送的消息(即，声音或数据)。然而，由于未经授权的接收器和未经授权的发送器在破解加密消息中使用的随机数的产生过程中变得越来越复杂，所以产生用于安全通信的不可预期的随机数的需求变得越来越大。除了由未经授权的各方引起的安全性分支以外，随机数发生器在操作期间还可能产生非随机数。当随机数发生器在一个时间周期中产生一系列1和0时，在随机数发生器的硬件部件中通常要产生热量。例如，产生1位时消耗的功率可能大于产生0位时消耗的热量。如果产生一个长的1位的序列，则电路要变热。如果这个电路产生1位但不热，这个电路将要“锁存”，并且只产生1位。如果在电路不热时产生0位，则可能发生不同的情况。在这种情况下，一个长的1位子序列变得太稀，形成非随机性。在保密应用中，任何这样的非随机性都可能出现灾难性的结果破坏了安全性。因此，当进行随机性测试时，硬件窜改和部件失效两项检测都是必要的。常规的随机性测试是通过对于一系列所产生的随机数进行广泛的统计测试完成的，如χ2测试(chi-squared test)、δ测试(deltatest)、等等。然而，要实时实现这样一些测试是极其昂贵的，因为它们需要大量的计算处理能力。
技术实现思路
本专利技术通过提供用于实现在线随机性测试的方法和设备因而使所产生的随机数有足够大的随机性，解决了上述的问题，并具有多个优点。按照本专利技术的一个方面，提供评价由随机数发生器产生的随机数的方法。该方法包括如下步骤产生一个随机数的流；在一个特殊的、预定的时间间隔范围内确定具有预先确定的逻辑值的值的一系列位；将表示预先确定的逻辑值的这一系列位加到一个指数平均运算(A)上；和，通过比较所有的指数平均运算的输出与预先确定的可接受范围来确定所产生的随机数是否有足够大的随机性。如果所有的指数平均运算(A)的输出落在预先确定的可接受范围之间，确定所产生的随机数有足够大的随机性(不可预先确定)。每次产生一个新的位，都更新指数平均运算(A)。该方法进一步还包括如下步骤当任何一个指数平均运算(A)的输出落在预先确定的可接受范围之外，则发出通知所产生的随机数序列没有足够大的随机性，并且当这个事件发生时产生一组新的随机数序列。按照本专利技术的另一方面，评价由随机数发生器产生的随机数的方法包括如下步骤(a)使用随机数发生器产生一个随机位的流；(b)在一个特殊的、预定的时间间隔内确定具有预先确定的逻辑值的值的一系列位；(c)对于表示预先确定的逻辑值的这一系列位进行指数平均运算(A)；(d)比较指数平均运算(A)的输出与预先确定的可接受范围；和(e)当任何指数平均运算(A)落在预先确定的可接受范围之外时，确定所产生的随机数没有足够大的随机性。该方法进一步还包括如下步骤重复步骤(a)-(d)，直到任何一个计算的指数平均运算(A)落在预先确定的可接受范围之外时为止，并且当在步骤(e)的测试失效次数超过一个阈值时，发出通知所产生的随机数没有足够大的随机性。当在步骤(e)的测试失效次数超过预定次数时，产生一组新的随机数。按照本专利技术的下一方面，提供一种用于评价由随机数发生器产生的随机数的设备。这个设备包括随机数发生器单元，用于产生基本上随机的序列；检测器单元，耦合到随机数发生器单元的输出，用于检测所产生的随机数序列是否有足够大的随机性；和切换单元，耦合到随机数发生器和检测器单元的输出，用于当确定所产生的随机序列有足够大的随机性时允许所产生的随机序列流动以便随后的应用，其中确定在一个特殊的预先确定的时间间隔范围内具有预先确定的逻辑值的值的的一系列位并且将这些位加到多个指数平均运算(A)上，并且其中如果任何指数平均运算(A)的输出落在预先确定的可接受范围之外时，确定所产生的随机数没有足够大的随机性。所说的设备进一步还包括当任何指数平均运算(A)的输出落在预先确定的可接受范围之外时能发送一个报警信号的装置。在结合附图阅读了下面的详细描述后，本专利技术的这些和其它优点对于本领域的普通技术人员来说都将变得显而易见。附图说明图1是按照本专利技术的一个实施例的随机产生模块的简化方块图2是表示按照本专利技术的一个实施例对于一个随机数序列进行的随机性测试的示意图3是表示按照本专利技术的一个实施例测试所产生的随机数的统计学性质的操作步骤的流程图。具体实施例方式在以下的描述中，为了进行说明而不是为了进行限制，提出了一些具体的细节，如特殊的体系结构、接口、技术、等等，从而可以彻底理解本专利技术。然而，本领域的普通技术人员显然清楚，本专利技术可以由脱离这些具体的细节中的其它实施例来实施。为了简洁清楚起见，省略了对于众所周知设备、电路、和方法的详细描述，从而不致于以不必要的细节防碍对本专利技术的描述。图1表示的是系统10的方块图，系统10能够按照本专利技术的一个典型的实施例实时测试所产生的随机数的统计学性质。系统10包括随机数发生器(RG)12、检测器14、和开关16。随机数发生器12在操作时可输出一系列随机数。应当说明的是，随机数发生器12可以用任何常规的或非常规的方式产生随机数，随机数可以表示为一系列二进制位。检测器14按照预定的标准(下面再说明)检测由随机数发生器12输出的随机数的统计学性质，如果通过了，开关16允许所产生的随机数的后续应用，例如使用由随机数发生器12提供的随机数的任何电路、系统、过程、赌博应用、模拟、统计采样、迪菲-赫尔曼密钥交换(Diffle-Hellman key exchange)、等等。例如，开关16可以代表加到密码系统、音频或视频噪声发生器、计算机程序、或其它设备和过程的输入。这样，开关16就可以在检测器14的控制下被释放(deactivated)，以便当认为所产生的随机数没有足够大的随机性时停止所产生的随机数的传送。现在参照附图2和3详细描述对于随机序列的统计质量进行的测试。参照附图2，在随机数发生器12正在操作的同时实时测试随机数，以保证按照本专利技术的一个实施例所产生的随机数有足够大的随机性。本领域的普通技术人员将会认识到，若指定一个或多个随机数，如果随机序列中的任何其它的位以大于50％的几率不能预期，则认为这个随机数发生器是安全可靠的。照这样，本专利技术的关键原理涉及在给出一个或多个随机数的条件下对于随机数发生器12进行测试，要能保证所产生的随机数图形具有足够大的随机性。如图2所示，由随机数发生器12产生的随机数值的连续流经受指数平均运算，其中获得在不同的子序列组的或者是二进制0或者是二进制1的平均频率，然后将其与它们的对应的预先确定的可接受范围进行比较。如果在特定的时间对于每个平均值累加器计算的指数平均值落在所有子序列的预先确定的可接受范围内，则按照本专利技术的技术，确定这些采样值具有足够大的随机性。如以上所述的随机性测试是从初始化指数平均值累加器Aij开始的。对于每个累加器指定一个初始值。下标i代表间隔跳跃计数，下标j代表计数的开始位置，j在0和i-1之间。如图2所示，更新在间隔子序列的不同组合产生0的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种评价由随机数产生的随机数的方法，该方法包括如下步骤：产生一个随机数的流；在一个特殊的、预定的时间间隔范围内确定具有预先确定的逻辑值的值的一系列位的平均数；将表示所说的预先确定的逻辑值的这一系列位的每个平均数加到一 个指数平均运算（Ａ）上；和，通过比较所说的指数平均运算的输出与预先确定的可接受范围来确定所说所产生的随机数是否是不可预测。

【技术特征摘要】
US 2002-2-21 10/081,9081.一种评价由随机数产生的随机数的方法，该方法包括如下步骤产生一个随机数的流；在一个特殊的、预定的时间间隔范围内确定具有预先确定的逻辑值的值的一系列位的平均数；将表示所说的预先确定的逻辑值的这一系列位的每个平均数加到一个指数平均运算(A)上；和，通过比较所说的指数平均运算的输出与预先确定的可接受范围来确定所说所产生的随机数是否是不可预测。2.权利要求1的方法，其中所说预先确定的逻辑值是1和0中的一个。3.权利要求1的方法，进一步还包括如下步骤当所说指数平均运算(A)的输出落在预先确定的可接受范围之外，则确定所说所产生的随机数是可以预测的。4.权利要求1的方法，进一步还包括如下步骤当所说指数平均运算(A)的输出落在预先确定的可接受范围之外，则发出通知所说所产生的随机数序列是可以预测的。5.权利要求1的方法，进一步还包括如下步骤每当产生新的位时，更新所有的所说指数平均运算(A)。6.权利要求5的方法，其中按照下面的方程更新所说的指数平均运算(A)Anew＝αAold+b，其中α＝1-1/n，α落在0和1之间(0＜α＜1)，并且其中当获得位的平均数时b的值包括1，否则为0。7.权利要求1的方法，进一步还包括如下步骤当所说指数平均运算(A)的输出落在所说预先确定的可接受范围之外，产生一组新的随机序列。8.权利要求6的方法，其中所说的预先确定的可接受范围是由下式确定的其中对于c进行选择，以实现期望的安全阈值水平。9.一种评价由随机数产生的随机数的方法，包括如下步骤(a)使用所说随机数发生器产生一个二进制位的随机数的流；(b)在一个特殊的、预定的时间间隔范围内确定具有预先确定的逻辑值的值的一系列位的一个平均数；(c)对于表示所说的预先确定的逻辑值的这一系列位的平均数进行指数平均运算(A)；(d)比较所说指数平均运算(A)的输出与预先确定的可接受范围；和(e)当所说计算的指数平均运算(A)的输出落在所说预先确定的可接受范围之外时，确定所说所产生的随机数是可以预测的。10.权利要求9的方法，进一步还包括如下步骤重复步骤(a)-(e)，直到所说计算的指数平均运算(A)反复地、超过预定次数地落在所说的预先确定的可接受范围之外时为止。11.权利要求9的方法，进一步还包括如下步骤当所说计算的指数平均运算(A)反复地、超过预定次数地落在所说的预先确定的可接受范围之外时发出通知没有产生随机数。12.权利要求9的方法，进一步还包括如下步骤当所说计算的指数平均运算(A)反复地、超过预定次数地落在所说的预先确定的可接受范...

【专利技术属性】
技术研发人员：L哈尔斯，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]