[发明专利]用于测试由随机数生成器生成的序列的设备和方法

说明书

本发明的实施例提供了一种用于测试由随机数生成器(11)生成的位序列的设备(100)，其中该设备被配置为响应于检测到由随机数生成器(11)生成的N个位，对位序列应用一个或多个统计测试(103)，每个统计测试提供从所述序列的位导出的至少一个总和值，该测试设备包括：‑比较器，用于将与每个统计测试相关的至少一个测试参数与一个或多个阈值进行比较；‑验证单元(105)，其被配置为取决于比较器针对每个统计测试进行的比较来确定所述位序列是否有效；其中，测试参数和至少一个阈值中的至少一个是根据N和根据目标错误概率确定的。

技术领域

本发明总体上涉及用于测试由随机数生成器生成的序列的设备和方法。

背景技术

随机数生成器用于生成一组随机数(以位流的形式)以用于许多系统中。例如，可以在密码系统中使用随机数生成器来生成用于安全传输数据的随机密码密钥。

随机数生成器包括：硬件随机数生成器，也称为真随机数生成器(TNRG)，它从物理过程而不是计算机程序(非确定性源)生成一组数字；以及伪随机数生成器，其从确定性源(例如，确定性算法)生成数字。

TNRG可以基于微观现象，所述微观现象生成低级、统计随机“噪声”信号，例如热噪声或散粒噪声、光电效应，涉及分束器和其它量子现象。TNRG通常包括将从物理现象导出的量或数据转换为电信号的换能器、放大器、被配置为将随机波动的幅度增加到可测量水平的附加组件，以及被配置为将这样获得的输出转换为数字(例如二进制数字0或1)的模数转换器。然后，TRNG对随机变化的信号重复采样以获得一系列随机数。

随机数生成的质量对于实现密码系统(例如密钥生成、认证协议、填充、数字签名、加密算法)至关重要。在此类应用中，安全性密切取决于所生成的随机数的质量。

事实上，许多攻击都针对密码系统的实现方式中的弱点。此类弱点可能源于所生成的随机数的质量，并被攻击者利用以试图破坏系统。

存在若干测试方法和系统用于测试生成的随机数的质量(特别是随机性)，其中大多数基于统计测试。

这种测试被应用于检查随机获取的数字序列是否具有两个主要统计特性：

-生成的值应该均匀分布，以及

-生成的值应该独立于先前生成的值。

认识到这一点，如NIST和BSI的标准化实体已建立了给定20000位的二进制序列的统计测试套件。本文档的目的是提供测试的数学解释，并在给定N位序列、错误概率和其它参数的情况下建立通用数学公式。

当前需要测试由TNRG生成的随机数的集合，因为它可能会影响使用此类随机数的系统的性能，例如AIS31、FIPS140-1、NIST和DIEHARD测试。

如NIST和BSI的标准化实体已建立了给定固定位数(20000位)的二进制序列的统计测试套件。

在现有方法中，因此每次TRNG产生20000位序列时应用统计测试，该测试基于序列计算不同的总和。然后将这些总和与预先定义和固定的阈值进行比较，并取决于比较结果决定是接受还是拒绝该序列。用于执行比较的阈值被预先定义为固定错误概率的函数。

现有的测试方法和设备引入了不可控的延迟。此外，它们不能适用于解决目标错误概率。

因此，需要用于测试由随机数生成器生成的位序列的改进方法和设备。

发明内容

为了解决这些和其它问题，提供了一种用于测试由随机数生成器生成的位序列的设备，该设备被配置为响应于检测到由随机数生成器生成的N个位，对位序列应用一个或多个统计测试，每个统计测试提供从序列的位导出的至少一个总和值。该测试设备可以包括：

-比较器，用于将与每个统计测试相关的至少一个测试参数与一个或多个阈值进行比较；