[发明专利]一种近似熵检测的加速实现方法

说明书

本发明一种近似熵检测的加速实现方法属于信息安全领域，用于解决计算机在执行现有的近似熵检测的实现方法时效率低的问题。包括以下步骤：统计6位子序列频数；计算2位、3位、5位子序列频数；计算中间变量；计算统计值；比较判断。采用基于字的处理方式而不是基于比特的方式；优化2位、3位、5位、6位子序列频数统计流程，避免重复执行同样的频数统计流程；只统计6位子序列频数，其余长度子序列频数由6位子序列频数直接或间接得到，避免重复的频数统计流程。本发明具有计算规模小、检查效率高、占用资源少等优点。

技术领域

本发明一种近似熵检测的加速实现方法属于信息安全领域，用于解决计算机在执行现有的近似熵检测的实现方法时效率低的问题。

背景技术

随机数发生器是密码学领域的安全基础，为众多密码技术提供根本性的安全保证。随机数发生器的输出被称为随机数，广泛应用于各个领域，比如对称密码算法和非对称密码算法的密钥产生、挑战-应答机制中的挑战值、数字签名方案中的秘密信息、抵抗侧信道分析攻击等。随机数质量的检测可以采用较为通用的统计测试方法，检查输出质量是否存在明显缺陷。一般将若干针对不同方面的统计性质的测试项合并到一起形成一套统计测试套件，使用者利用测试套件检测待检序列，并根据检测结果通过随机数的质量。

常见的统计测试套件有美国国家标准与技术研究院发布的特别出版物文档《AStatisticalTestSuiteforRandomandPseudorandomNumberGeneratorsforCryptographicApplications》以及我国在2016年颁布的国家标准GB/T32915-2016《信息安全技术二元序列随机性检测方法》等。这两个标准文档都建议了15个统计检测方法，近似熵检测方法是他们都建议使用的一种测试方法。这种统计检测项目通过比较m位可重叠子序列模式的频数和m+1位可重叠子序列模式的频数来检测待检序列的随机性。

为方便描述，记长度为n比特的待测试序列是二元序列ε。记m位子序列模式i₁i₂…i_m出现的频数为v[i₁i₂…i_m]。我国检测标准规定n为一百万。

传统近似熵检测流程如下：

第一步，用长度为n比特的待测试二元序列ε构造一个新序列ε′，构造方式是将序列的最开始m-1位数据添加到序列的末尾，新序列的长度为n+m-1，m取2和5；

第二步，计算新序列中每一种m位子序列模式i₁i₂…i_m出现的频数v[i₁i₂…i_m](共有2^m种)、每一种m+1位子序列模式i₁i₂…i_m+1出现的频数v[i₁i₂…i_m+1](共有2^m+1种)；

第三步，计算其中

第四步，计算统计值V＝2n(ln2-ApEn(m))，其中

第五步，计算P值，P-value＝igamc(2^m-1,V/2)；

第六步，如果P-value≥α，则待检序列通过检测。α为显著性水平，我国标准建议取0.01。