[发明专利]随机数产生方法

说明书

技术领域

本发明涉及信息安全、通信、数字接口、计算机等领域中随机数的产生方法。

背景技术

在信息安全领域，密钥的产生、密钥的交换、认证、加密和解密等都和随机数相关。在通信领域，信号的调制和解调、信号的传输、信号的抗干扰、信号的捕获、信号的跟踪等也必须使用随机数。在现代科技中，随机数的应用无处不在。

一般以统计特性来描述随机数，随机数一般可以分为正态分布、均匀分布、指数分布等。在信息安全、通信等领域，经常使用正态分布和均匀分布的随机数。

在密码学、信息安全领域，随机数有如下用途：

会话密钥的产生

鉴别方案中用来避免重放攻击：每次使用不同的随机数

RSA密钥产生：大素数的产生和测试

很多挑战-应答协议里的挑战因素

在信息安全领域，安全不仅限于密钥的安全，也依赖于随机数的质量。一般对随机数有如下要求：

(1)均匀分布

在任何尺度上看其统计规律是均匀的，比如0、1的平均各半，字节0～255的出现概率是1/256，双字节0～65535的出现概率是1/65536等等。

(2)独立性

无法推导或预测，也不能靠观察过去预知将来。

由于对随机数有以上特征的要求，因此，随机数的产生方法的研究非常重要。

随机数的产生方法目前已经有很多种，包括：

一、物理方法：一是放射性物质随机蜕变；二是电子管回路的热噪声，如可将热噪声源，装于计算机外部，按其噪声电压的大小表示不同的随机数。此法产生的随机性最好，但产生过程复杂。

二、查随机数表法：“Rand Table”(1955年由美国兰德公司编制，有随机数100万个。随机数表中的数字具有均匀的随机性，没有周期性。使用时，可根据需要任取一段(横或竖)。如需20个，便可从中取(顺次)20个，需要几位取几位，随机数表无所谓位数，不能四舍五入。

三、递推公式产生法：由于第i+1个随机数是由第i个按一定公式推算出来的，故并非真正的随机数。但满足：a)有较好的随机、均匀性。b)周期长、重复性差。c)算法过程不退化(即不能反复出现某一常数。)d)算法可再现，速度快。这是目前最常用的方法，特别在通信领域和信息安全领域。典型的算法有线性同余法、线性移位法。比如m序列。

四、加密的方法：使用密码学中已知的加密算法，以某个值(可以是其它方法产生的随机数或者本算法加密的结果)作为密钥，对另外的一个值进行加密运算(可以是其它方法或者本算法加密的结果)，使用解密的结果作为随机数使用。这种方法是密码学、信息安全领域中常用的算法。

以上几种方法，第一种可以产生真正的随机数，但是由于使用复杂，一般很少使用，第二种很少使用，第三种在信息安全、通信领域得到了广泛的使用。第四种方法在信息安全领域得到了广泛的使用。

以上的算法有一个共同的缺点，就是其产生的结果，只有其统计特性才满足某个要求，对每个产生的随机数序列，要满足某个指定的特性一般无法作到。比如，在某些认证、密钥共享机制里，为了提高安全性，要求使用的随机数必须有指定个数的0或者非0数，目前的算法无法直接作到。比如使用m序列，也只能保证产生的序列在足够多样本的情况下才基本满足0和1的个数相等，对于某个样本，根本做不到保证产生相等的0和1。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能产生任意指定个数的0和非零数随机序列的随机数产生方法。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，随机数产生方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、产生第一随机序列，该序列的维数为n，包含指定个数为m的0，与指定个数为n-m的非零数；

b、产生第二随机序列，该序列为在1至n范围内产生一个符合指定分布规律的n维随机序列；

c、以第二随机序列中各分量为依据，调整第一随机序列中各分量的顺序；

d、将调整后的第一随机序列作为随机数输出。

本发明的有益效果是，随机数产生方法简单，产生速度快；产生的随机数每个样本均具备指定的特性，而不仅仅是统计特性。

具体实施方式