一种基于混沌加密的真随机数生成方法

文档序号:6363136阅读:419来源:国知局
专利名称:一种基于混沌加密的真随机数生成方法
技术领域
本发明涉及计算机信息技术中的随机数生成方法,具体地说是一种基于混沌加密的真随机数生成方法。
背景技术
随机数在信息安全、仿真模拟、博彩抽签等科学技术和日常生活的许多领域具有非常重要的作用。随机数分成伪随机数和真随机数两种类型。伪随机数一般由某种计算机算法产生,因此有一定规律可循,可被预测。真随机数基于某种自然噪声,具有均勻的外部特征,完全没有规律可循,完全不可预测。真随机数的产生需要随机源,目前的随机源一般是通过检测放射性衰变、粒子轨迹、电子电路噪声、大气噪声、机械振荡器频率抖动等物理噪声来获取的。由于这些装置结构复杂,操作繁琐,有些还对人体具有以一定的危险性,因此这类随机数产生方法既不方便,也不实用。除此之外,真随机数也可通过人工方法获得, 可通过掷硬币、扔骰子等随机方法获得高质量的随机数。可是,这类方法使用起来非常繁琐,显然也很不实用,不能适应现代社会对大批量、高质量的随机数的需求。对于利用环境声音产生真随机数的方法,之前基本上都是利用以噪声为主的环境声音。这是由于对于有规律的声音,例如单音节的金属声或有规律的音乐,若采用基准时间间隔的采样策略,则采样得到的音频具有一定的周期性。

图1、图2是用相同的手机在同一位置录制的同一段音乐,长度为10秒。可以看出两段音乐由于背景噪音的影响,其波形是不同的,在3秒多的位置波形的峰值不同,在接近7秒的位置波形的形状也不太一样,具有随机源的特性。但是由于录制时,声音以有规律的音乐为主,环境噪声相对较小,因此,从图 1、图2两组波形也可以看出,虽然每次录音的信号都存在少许不同,但是还有大部分是相同的,产生的随机数也具有较高的相似性。混沌系统产生的序列具有良好的遍历性、伪随机性、对参数的初始敏感性,常常用来做流密码加密的密钥流。这是因为混沌轨道的发散特性及对初始条件的敏感性使之满足Siannon提出的加密系统设计的扩散原则,混沌吸引子的拓扑传递性与混合性,以及对系统参数的敏感性满足aiarmon提出的加密系统设计的混淆原则。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于混沌加密的真随机数生成方法,设备简单易得,对录音环境具有较强的适应性,能够利用微弱背景噪音的音乐等规律性音频产生随机数。本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是一种基于混沌加密的真随机数生成方法,步骤为
步骤一、采用便携式数码录音设备随机录制一段音频;
步骤二、将录制的音频信息传送至计算机设备,然后将音频信息转换成wav格式; 步骤三、将转换后的音频信息导入计算机设备中安装的MATLAB软件,利用Matlab软件的[y,Fs, bits] =wavread ( “ *. wav”)命令读取音频的信号y、采样率Fs和采样位数 bits,其中信号y为关于时间的数值序列,值域范围在[-1,1];
步骤四、利用构建的混沌系统产生与信号y数值序列长度相同的混沌序列,其中混沌系统的初始值和系统参数保证经过迭代后系统产生的是混沌行为;
步骤五、利用产生的混沌序列对信号y数值序列进行加密,生成加密实值序列; 步骤六、利用空间分割法或阈值法对步骤五的加密实值序列进行二值化处理,二值化的输出即为真随机数。
所述的空间分割法利用公式
权利要求
1.一种基于混沌加密的真随机数生成方法,其特征在于 步骤一、采用便携式数码录音设备随机录制一段音频;步骤二、将录制的音频信息传送至计算机设备,然后将音频信息转换成格式; 步骤三、将转换后的音频信息导入计算机设备中安装的MATLAB软件,利用Matlab软件的[y,Fs, bits] =wavread ( “ *. wav”)命令读取音频的信号y、采样率Fs和采样位数 bits,其中信号y为关于时间的数值序列,值域范围在[-1,1];步骤四、利用构建的混沌系统产生与信号y数值序列长度相同的混沌序列,其中混沌系统的初始值和系统参数保证经过迭代后系统产生的是混沌行为;步骤五、利用产生的混沌序列对信号y数值序列进行加密,生成加密实值序列; 步骤六、利用空间分割法或阈值法对步骤五的加密实值序列进行二值化处理,二值化的输出即为真随机数。
2.如权利要求1所述的一种基于混沌加密的真随机数生成方法,其特征在于所述的空间分割法利用公式
3.如权利耍求I所述的_ 种: ] 沌加密的以随机数生成方法,其特征在于所述的阈值法利用公式
4.如权利要求1所述的一种基于混沌加密的真随机数生成方法,其特征在于步骤五的加密方法为,将混沌序列和信号y数值序列中的每一个元素同时乘以2bits,其中bits为步骤三得到的采样位数,再对每一个元素取整,然后采用位异或的方式用取整后的混沌序列对信号y数值序列进行加密。
5.如权利要求1所述的一种基于混沌加密的真随机数生成方法,其特征在于步骤五的加密方法为,将混沌序列和信号y数值序列中相对应的元素相加。
全文摘要
一种基于混沌加密的真随机数生成方法,用便携式数码录音设备随机录制一段音频;转换成wav格式后导入计算机设备中安装的MATLAB软件,读取音频的信号y、采样率Fs和采样位数bits;用混沌系统产生与信号y数值序列长度相同的混沌序列,其中混沌系统的初始值和系统参数保证经过迭代后系统产生的是混沌行为;用混沌序列对信号y数值序列进行加密,生成加密实值序列;对加密实值序列进行二值化处理,二值化的输出即为真随机数。用便携装置录制音频信号,随机源的获得简单便捷;用混沌序列对得到的音频序列进行加密,进一步扩大了几次录制的音频信号的差异,能够利用微弱背景噪音的音乐等规律性音频产生随机数。
文档编号G06F7/58GK102541509SQ20121000962
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月13日 优先权日2012年1月13日
发明者何谷慧, 向菲, 宋潇, 栗素娟, 王金婵 申请人:河南科技大学
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