一种分散机制的软件随机数生成方法
【专利摘要】本发明提供一种分散机制的软件随机数生成方法，该方法为：1、获取初始的随机数种子，所述随机数种子为读取到的系统时间值，该随机数种子占N个字节；2、随机数种子通过线性同余算法，得到过程随机数；所述线性同余算法过程若产生溢出，则取低N字节的结果，丢弃溢出位；3、对产生的过程随机数进行分散；所述分散方式为将过程随机数的每N个字节数进行划分出来，并将各字节的值在一查询表中进行查询，查询到后进行置换，将置换得到的结果进行依次合并得到一结果随机数；4、输出所述结果随机数。本发明在循环迭代过程中加入了数据分散机制，增强了软件随机数据的随机性；并大大降低了被破解的可能性，从而提高了产品的安全性。
【专利说明】一种分散机制的软件随机数生成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及计算机通信【技术领域】，尤其涉及一种分散机制的软件随机数生成方法。
【背景技术】
[0002]随机数在安全算法领域的作用非常大，按其实现方式可分为硬件随机数和软件随机数两大类。一般地硬件随机数的性能会优于软件随机数，所谓随机数的性能，可以使用大量的随机数样本进行NIST (国家标准与技术研究所)随机数测试工具(一种目前较权威的随机数测试工具)进行测试，以该工具的测试结果通过率进行评估。但现有技术中，硬件随机数的生产装置需要较高的成本，而软件随机数的成本仅需软件资源的成本，可忽略不计。在对安全性要求较低的领域，结合成本因素，更有可能选用软件随机数生成算法，不同软件随机数的算法的随机性能存在一定差异。业内最常见的软件随机数算法为线性同余算法，本专利申请文件针对线性同余算法进行增加分散机制的设计，能提高生成的随机数性能，即同等随机数样本总数情况下，通过NIST测试的随机数样本数量增加。
[0003]由于软件随机数的常见算法为线性同余算法，这种算法的缺点在于循环迭代过程中，易产生规律性，即随机性被减弱。本专利申请文件在循环迭代过程中加入了数据分散机制，增强了数据的随机性。
[0004]此外，线性同余算法是容易被破解的，此处破解指通过连续若干次的随机数生成，即可通过有限域内解方程组方法推导出所使用的参数a，b，进而计算出后续的随机数，使随机数的意义减少，甚至消失。而通过分散机制的随机数生成算法，通过有限域内解方程组推导参数的方法将不可行，被破解的可能性大大降低，因此此方法在安全领域显得很有意义。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题，在于提供一种分散机制的软件随机数生成方法，增强了软件随机数据的随机性；从而进行NIST工具测试的通过率增加。
[0006]本发明是这样实现的:一种分散机制的软件随机数生成方法，所述方法具体包括如下步骤:
[0007]步骤1、获取初始的随机数种子，所述随机数种子为读取到的系统时间值，该随机数种子占N个字节，N为大于I的整数；
[0008]步骤2、随机数种子通过线性同余算法，得到过程随机数；线性同余算法公式为:Rl=a*R0+b ;其中a为8*N位的素数，b为8*N位的奇数，RO为随机数种子，Rl为过程随机数；所述线性同余算法过程若产生溢出，则取低8*N位的结果，丢弃溢出位；
[0009]步骤3、对产生的过程随机数进行分散；所述分散方式为将过程随机数的N个字节按字节进行划分出来，并将各字节的值在一查询表中进行查询，查询到后进行置换，将置换得到的结果进行依次合并得到一结果随机数；所述查询表中包含有256个序号，每个序号对应一数值；各字节的值与各序号进行查询匹配，匹配后置换序号对应的数值；该查询表用于对各字节的值进行置换为没有规律的分散值，从而生成N字节的结果随机数；
[0010]步骤4、输出所述结果随机数。
[0011]本发明具有如下优点:现有的线性同余算法缺点在于循环迭代过程中，易产生规律性，即随机性被减弱。本发明在循环迭代过程中加入了数据分散机制，增强了软件随机数据的随机性；从而进行NIST工具测试的通过率增加；同时大大降低了被破解的可能性，提高了产品的安全性。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明方法流程示意图。
【具体实施方式】
[0013]请参阅图1所示，本发明为一种分散机制的软件随机数生成方法，所述方法具体包括如下步骤:
[0014]步骤1、获取初始的随机数种子，所述随机数种子为读取到的系统时间值，该随机数种子占N个字节，N为大于I的整数，可取系统字长值；(例如32位系统可取N为4)
[0015]步骤2、随机数种子通过线性同余算法，得到过程随机数；线性同余算法公式为:Rl=a*R0+b ;其中a为8*N位的素数，b为8*N位的奇数，RO为随机数种子，Rl为过程随机数；所述线性同余算法过程若产生溢出，则取低8*N位的结果，丢弃溢出位；
[0016]步骤3、对产生的过程随机数进行分散；所述分散方式为将过程随机数的N个字节按字节进行划分出来，并将各字节的值在一查询表中进行查询，查询到后进行置换，将置换得到的结果进行依次合并得到一结果随机数；所述查询表中包含有256个序号，每个序号对应一数值；所述各数值为大于或等于O的16进制数据(即所述数据置换的查询表中的参考数组为表格数据构成的数组，其他具备无规律性的数组也可以作为查询表中的数据置换数组。即将表格数据作为参考，而非必须。)；各字节的值与各序号进行查询匹配，匹配后置换序号对应的数值；该查询表用于对各字节的值进行置换为没有规律的分散值从而生成N字节的结果随机数；
[0017]步骤4、输出所述 结果随机数；其中，在输出结果随机数后，根据系统所需要的随机数长度进行判断，若还需要产生随机数，则将步骤3得到的结果随机数作为新的随机数种子，继续执行步骤2步到步骤4得到新的结果随机数，反复执行直到所需长度足够为止。
[0018]另外，在发明中，所述查询表中各序号和数值对应关系如表1 (注:下表数据均为16进制数据):
[0019]表1
【权利要求】
1.一种分散机制的软件随机数生成方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤: 步骤1、获取初始的随机数种子，所述随机数种子为读取到的系统时间值，该随机数种子占N个字节，N为大于I的整数； 步骤2、随机数种子通过线性同余算法，得到过程随机数；线性同余算法公式为:Rl=a*RO+b ;其中a为8*N位的素数，b为8*N位的奇数，RO为随机数种子，Rl为过程随机数；所述线性同余算法过程若产生溢出，则取低8*N位的结果，丢弃溢出位； 步骤3、对产生的过程随机数进行分散；所述分散方式为将过程随机数的N个字节按字节进行划分出来，并将各字节的值在一查询表中进行查询，查询到后进行置换，将置换得到的结果进行依次合并得到一结果随机数；所述查询表中包含有256个序号，每个序号对应一数值；各字节的值与各序号进行查询匹配，匹配后置换序号对应的数值；该查询表用于对各字节的值进行置换为没有规律的分散值，从而生成N字节的结果随机数； 步骤4、输出所述结果随机数。
2.根据权利要求1所述的一种分散机制的软件随机数生成方法，其特征在于: 所述步骤4进一步包括:输出结果随机数，根据系统所需要的随机数长度进行判断，若还需要产生随机数，则将步骤3得到的结果随机数作为新的随机数种子，继续执行步骤2步到步骤4得到新的结果随机数，反复执行直到所需长度足够为止。
3.根据权利要求1所述的一种分散机制的软件随机数生成方法，其特征在于:所述查询表中各序号和数值对应关系为:00 — d6，01—90，02—e9，03—fe，04—cc，05—el，06—3d，07 — b7，08 —16，09 — b6，Oa —14，Ob — c2，Oc — 28，Od — fb，Oe — 2c，Of — 05，10 — 2b，11—67，12—9a，13—76，14—2a，15—be，16—04，17—c3，18—aa，19—44，la—13，Ib—26，Ic一49，Id—86，Ie — 06，If—99，20 — 9c，21—42，22— 50，23 — f4，24 — 91，25 — ef，26—98，27—7a，28—33，29—54，2a—Ob，2b—43，2c—ed，2d—cf，2e—ac，2f—62，30—e4，31—b3，32— Ic, 33—a9，34— c9，35—08，36— e8，37—95，38—80，39— df，3a—94，3b — fa，3c—75，3d—8f，3e — 3f，3f — a6，40— 47，41—07，42—a7，43—fc，44—f3，45—73,46—17,47—ba,48—83,49—59,4a—3c, 4b—19,4c—e6,4d—85, 4e—4f,4f—a8,50— 68，51 — 6b，52 — 81，53—b2，54 — 71，55— 64，56 — da，57 — 8b，58 — f8，59 — eb，5a—0f，5b—4b，5c—70，5d—56，5e—9d，5f—35，60—le，61—24，62—0e，63—5e，64—63，65— 58，66 — dl，67 — a2，68— 25，69— 22，6a—7c，6b — 3b，6c — 01，6d—21，6e — 78，6f-87，70 — d4，71—00，72— 46，73— 57，74 — 9f，75 — d3，76— 27，77— 52，78 — 4c，79— 36，7a—02，7b—θ7，7c—aO, 7d—c4, 7e—c8, 7f—9e，80—ea，81—bf, 82—8a，83—d2,84—40，85—c7，86—38，87—b5，88—a3, 89—f 7，8a—f 2, 8b—ce, 8c—f 9, 8d—61，8e—15，8f—a I，90—e0，91—ae，92—5d，93—a4，94—9b，95—34，96— la，97—55，98—ad，99—93j，9a—32?9b—30?9c—f5，9d—8c，9e—bl，9f—e3，aO—Id，al—f6，a2—e2，a3—2e，a4—82，a5—66，a6—ca，a7—60，a8—c0，a9—29，aa—23，ab—ab，ac—0d，ad—53，ae—4e，af—6f，bO — d5，bl — db，b2 — 37，b3 — 45，b4—de，b5 — fd，b6 — 8e，b7 — 2f，b8 — 03，b9—ff，ba—6a，bb—72，be—6d，bd—6c，be—5b，bf—51，cO—8d，cl—lb, c2—af,c3—92，c4—bb，c5—dd，c6—be，c7—7f，c8—11，c9—d9，ca—5c，cb—41，cc—If, cd—10，ce—5a，cf—d8, dO—0a，dl—cl，d2—31，d3—88，d4—a5, d5—cd，d6—7b，d7—bd，d8—2d，d9—74，da—dO, db—12，dc—b8, dd—e5, de—b4，df—bO, e0—89，el—69，e2—97，e3—4a, e4—Oc, e5—96, e6—77, e7—7e, e8—65, e9—b9, ea—fI, eb—09, ec—c5, ed—6e, ee—c6, ef—84，f0—18, fl—fO, f2 — 7d，f3 — ec，f4—3a，f5 — dc，f6 — 4d，f7 — 20，f8—79, f9—ee, fa—5f`, fb — 3e，fc一d7，fd—cb，fe—39, ff—48。
【文档编号】G06F7/58GK103530086SQ201310444948
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年9月26日 优先权日:2013年9月26日
【发明者】蒋声障, 张登峰, 余杭军 申请人:福建升腾资讯有限公司