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密码安全的伪随机浮点数发生方法研究

作　者: 孙晓辉
导　师: 林秋华
学　校: 大连理工大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 伪随机数发生器 密码安全 均匀分布 浮点数 混沌映射 Hash函数 统计检验
分类号: TN918
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 111次
引　用: 1次
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内容摘要


随着计算机网络的快速发展和信息安全的日益重要，密码技术正越来越广泛地用于信息系统中保障系统安全。伪随机数发生器(pseudorandom number generator，PRNG)因经常用于产生各种密钥而在密码技术中举足轻重。本文旨在研究密码安全的浮点数伪随机数发生器，用于图像加密等安全场合。针对一般数学迭代算法产生的伪随机序列不能抵抗下一位预测攻击，以及随着计算机计算能力增强，密钥空间必须增大以抵抗穷举搜索攻击等问题，本文主要做了以下三方面研究工作。 提出了两种改进的混沌映射伪随机浮点数发生算法。首先，针对一维无限折叠混沌映射初始值选择挑剔的缺陷，通过引入Logistic混沌映射提出了改进的伪随机数发生方法。该方法不仅对初始值选择无特殊要求，密钥空间增大，而且统计性能更优。其次，针对无限折叠周期窗口混沌映射因存在周期窗口，不仅使参数选择范围变窄，而且不方便用户使用的问题，通过改进其迭代式消除了周期窗口，使密钥空间和Lyapunov指数均增大，统计性能变优。另外，这两种改进算法都利用了Hash函数的“数字指纹”特征，根据初始种子值产生的机密移位信息对输出序列进行了移位，从而使下一位预测攻击极为困难，进一步增强了序列的安全性。 设计了一种密码安全的伪随机比特序列发生器，再将比特序列转化为浮点数序列。首先，利用计算机键盘输入和系统时间两个随机源作为密钥。然后，根据内积定理和扩展定理，由Hash函数和反馈移位寄存器构建新的伪随机比特序列发生器。最后，将输出的比特序列转换为浮点数序列。由于密钥的随机性以及Hash函数的单向性，该发生器可以抵抗生日攻击和强力攻击，因此所产生的伪随机数具有不可预测性。 应用VC工具实现了伪随机数发生器及其统计检验软件包，便于今后进一步的伪随机数研究、应用和测试。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-13
  1.1 随机数概述  8-9
  1.2 伪随机数发生器研究现状及意义  9-10
  1.3 论文主要研究内容及结构安排  10-13
2 典型均匀分布伪随机数发生器  13-20
  2.1 典型伪随机浮点数发生器  13-17
    2.1.1 LCG算法  13
    2.1.2 NLCG算法  13-15
    2.1.3 混沌映射法  15-16
    2.1.4 Marsaglia发生器  16-17
  2.2 常见伪随机比特序列发生器  17-18
    2.2.1 BBS发生器  17
    2.2.2 ANSI X9.17发生器  17-18
  2.3 比特序列与浮点数序列的相互转化  18-20
3 随机数的检验  20-30
  3.1 统计检验理论基础  20-23
  3.2 伪随机浮点数序列的统计检验  23-27
    3.2.1 谱测试  23
    3.2.2 参数检验  23-24
    3.2.3 均匀性检验  24
    3.2.4 独立性检验  24-26
    3.2.5 组合规律检验  26-27
  3.3 伪随机比特序列的统计检验  27-30
    3.3.1 NIST FIPS  27-28
    3.3.2 FIPS 140-2  28-30
4 两种改进的伪随机浮点数发生算法  30-46
  4.1 Hash函数简介  30-31
  4.2 一维无限折叠混沌映射的改进算法  31-39
    4.2.1 必要性  32
    4.2.2 改进算法  32-34
    4.2.3 仿真实验  34-38
    4.2.4 安全性分析  38-39
  4.3 无限折叠周期窗口混沌映射的改进算法  39-46
    4.3.1 必要性  39
    4.3.2 改进算法  39-42
    4.3.3 仿真实验  42-46
5 伪随机比特序列发生与转换方法  46-53
  5.1 Hash函数在随机序列发生器中应用的理论基础  46-47
  5.2 Hash函数在随机序列发生器中的应用  47-49
  5.3 伪随机比特序列发生方法  49-51
    5.3.1 伪随机比特序列发生器的构造  49
    5.3.2 仿真实验及安全性分析  49-51
  5.4 伪随机比特序列转化方法及仿真实验  51-53
6 伪随机浮点数发生与检验软件包  53-59
  6.1 MFC编程基础  53-54
  6.2 软件包的结构组成及实现  54-59
    6.2.1 软件包的结构组成  55-58
    6.2.2 软件包的实现  58-59
结论  59-61
参考文献  61-65
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  65-66
致谢  66-67
大连理工大学学位论文版权使用授权书  67

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 通信保密与通信安全
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