[发明专利]物理随机数生成器的测试

说明书

本发明涉及物理随机数生成器的测试。本发明的各种示例总体涉及控制自动化系统的操作。自动化系统的示例包括：用于计算的处理器，其基于多个数来实现安全引导过程；用于认证的芯片卡；电信装备；可编程逻辑控制器、用于铁路的控制设备等。该操作是取决于来自物理随机数生成器的多个数的随机性的顺序测试是否被标记为失败来控制的。这具有下述优势：该多个数的完整性的在线测试在高准确度和低等待时间下是可能的。

技术领域

本发明的各种示例总体涉及测试由物理随机数生成器生成的数的随机性。本发明的各种示例具体涉及以高效且准确的方式测试随机性。

背景技术

随机数生成器（RNG）顺序地生成多个数。对应的数序列被期望是随机的。要求RNG的统计质量的定量度量以便验证RNG是否正确地工作。

RNG的一个实现是物理随机数生成器（物理RNG）。物理RNG被构建成使用物理过程来生成多个数。针对许多安全性应用而要求物理RNG。典型地用于物理RNG的示例物理过程包括：诸如热噪声之类的噪声；振荡抖动；以及量子现象。

RNG是许多自动化系统的一部分，且常常是针对安全密码应用而要求的。其实质上取决于所生成的随机数的质量，而不论自动化系统是否正确地工作。因此，典型地要求监督RNG的（具体地，物理RNG的）质量。例如，BSI指南AIS 31（Bundesamt für Sicherheit inder Informationstechnik: “A proposal for: Functionality classes of randomnumber generators”, version 2.0, 18.9.2011）要求物理RNG的永久监督。

然而，从RNG获得的多个顺序地生成的数的随机性的现有测试面临着某些限制和缺陷。

例如，随机性的现有测试可能要求显著的实现复杂度。因此，它们可能要求显著的计算资源，例如就处理能力和/或存储器而言。

例如，随机性的现有测试可能具有有限准确度。测试的结果的不确定性可能是显著的。

例如，不能容易地解决测试的结果的准确度和及时性之间的折衷。如果测试要以高准确度获得结果，则需要在应用测试之前生成大量的数。这耗费显著的时间。不能快速地检测到由于RNG的不充足质量所致的安全缺口。针对准确度或针对及时性而优化现有测试。

发明内容

因此，存在针对顺序地生成的数的随机性的测试的高级技术的需要。具体地，存在针对克服或减轻上述限制和缺陷中的至少一些的高级技术的需要。

一种方法包括：从物理RNG获得多个数。所述方法还包括：在所述多个数上采取至少一个观察。所述至少一个观察与随机性的测试相关联。所述方法还包括：取决于所述至少一个观察的结果，选择性地将所述测试标记为失败。所述方法还包括：取决于所述测试是否被标记为失败，控制自动化系统的操作。所述至少一个观察的采取包括：针对所述多个数而计算指示雷尼熵（Renyi-entropy）度量的值。

获得多个数可以对应于从所述物理RNG接收所述多个数。获得数可以包括：将所述多个数写入到存储器，即，缓存所述多个数。在一些示例中，将可能的是，采取该至少一个观察响应于获得该多个数而开始，例如，在该多个数中的所有数在存储器中可用的时间点处。在其他示例中，在获得该多个数的同时开始采取该至少一个观察将是可能的。对于最小熵，可以以下面的方式实现后一场景：对于数的每一个可能值，将计数器初始化到0，并且每当该值出现时都将计数器递增1。包含最大值的变量“最大值（max）”被初始化到0。每当计数器被递增时，都将计数器的新值与最大值进行比较。如果经递增的计数器的新值大于最大值，则将最大值设置成该新值。从最大值的值导出观察结果。

所述方法可以进一步包括：所述物理RNG顺序地生成所述多个数。所述多个数可以是在某个持续时间/时间段内生成的。