[发明专利]一种基于混沌的计算机随机数生成系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于混沌的计算机随机数生成系统及方法，其对计算机系统中常用的伪随机数生成函数进行了改进。该方法包括3个接口：hdintrand函数、hddoublerand函数和hdcharrand函数，分别实现生成整型伪随机数、浮点型伪随机数和字符型伪随机序列。该方法采用基于改进的一维Logistic混沌映射的随机数生成方法，与基于同余式的随机数生成相比，具有密码学意义上的安全性，可满足信息安全场合的随机数需求。通过接口指定类型和范围来获得所需要的随机数，并提供了密钥找回随机数的功能，保持原有计算机系统随机数生成函数的随机性和效率，同时安全性和通用性的提高使其具有了更高的实用价值。

技术领域

本发明涉及信息安全领域，尤其是一种基于混沌的计算机随机数生成系统及方法。

背景技术

伪随机数发生器(PRNG)广泛应用于系统仿真、安全等各个领域。基于可靠、高效的伪随机数发生器在系统仿真中真实地描述系统的运行、演变及其发展过程。在以密码学为基础的信息安全领域中，伪随机数发生器也扮演着重要的角色，密钥生成、数字签名、认证和鉴别以及各种安全通信协议都离不开高质量的随机数。从某种意义上讲，随机数的安全性决定了整个安全体系的安全性。在C语言stdlib.h中有四个常用的伪随机数生成函数:rand()、srand()、randomize()和random(num)，但是以上四个函数都有明显的缺陷，且易用性较差。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于混沌的计算机随机数生成系统及方法，用户可以根据自身要求设置序列的长度、上下界，提高通用性；通过调用精度更高的函数获取微秒级时间，有效防止c语言中获取秒级时间造成的伪随机数序列被攻击的问题；改进原有一维Logistic映射模型，获得随机性更强的混沌序列。

本发明的技术解决方案为：一种基于混沌的计算机随机数生成系统，其特征在于：包括用户通用性设置模块，安全性加强模块以及随机数生成模块；

用户通用性设置模块：用于提供外部接口，方便其他程序调用，通过输入相关函数参数获得需要的随机序列；所述外部接口以接口函数的方式提供，提供三种接口：分别实现生成整型伪随机数、浮点型伪随机数和字符型伪随机序列，对应的函数分别为：hdintrand函数、hddoublerand函数、hdcharrand函数；其中，函数参数包括：a[]接收随机数的数组，long序列长度，Key找回随机数的密钥，*p接收生成的密钥，hdintrand函数和hddoublerand函数还包括min取值范围的最小值，max取值范围的最大值，用于获取对序列的长度、上下界、找回随机序列；

安全性加强模块：使用c中time.h中提供的minsec函数获取系统微秒级时间，并将年、月、日、时、分、秒、微秒相乘得到序列sk，如果日期中有‘0’的乘数项则将其默认置为‘1’，防止序列被置零，通过获取的是系统微妙级时间，能防止获取系统秒级时间而造成的伪随机数序列容易被攻击；

随机数生成模块：采用改进的一维Logistic映射模型，通过分组迭代方式，每次只生成单个的伪随机数，从而提高一维逻辑映射函数的随机性；同时，该改进的一维Logistic映射模型的两个参数μ和X₀由多个因素共同决定：使用四组参数迭代作为系统的系数μ；混沌序列初值X₀由固定十六进制参数mk和微秒级时间序列积sk两个参数决定。

进一步的，所述用户通用性设置模块对接口进行调用，生成整型伪随机数、浮点型伪随机数和字符型伪随机序列；对应调用的的函数分别为：hdintrand函数、hddoublerand函数、hdcharrand函数；

调用某一函数并设置参数，参数中包括接收随机数的数组，序列长度，取值范围的最大值和最小值，找回随机数的密钥和接收生成的密钥；

在字符型伪随机序列生成中，不包括取值范围的参数，供用户通用性设置模块调用。