[发明专利]伪随机二值序列的局部弱随机现象的快速检测方法

说明书

本发明提供一种伪随机二值序列的局部弱随机现象的快速检测方法，解决了现有技术无法对二值序列局部包含的随机性弱化现象进行精准检测的问题，本方法采用CUDA计算平台，根据待测伪随机二值序列构建初始化矩阵A，根据初始化矩阵A构建r‑1行k列的弱随机检测矩阵B；基于r‑1行k列的弱随机检测矩阵B，采用并行运算方式按顺序依次构建四个r‑1行k列的方向矩阵D_left,D_right,D_up和D_down；采用并行方式定位方向矩阵D_left中所有临界值的位置，运用矩阵扫描算法定位每个临界值附近是否存在局部弱随机现象，如果存在输出相应位置信息。本发明实现了伪随机二值序列的局部弱随机现象的快速检测与定位，可对任意伪随机二值序列的局部弱随机现象进行精确定位。

技术领域

本发明属于二值序列随机性检测领域，具体涉及一种伪随机二值序列的局部弱随机现象的快速检测方法。

背景技术

在密码学中，序列密码也被称为流密码，此类密码算法具有加密速度快、软硬件易于实现等优点。而对于序列密码来说，伪随机序列发生器是其核心部件，序列密码加密强度的优劣主要取决于伪随机序列发生器产生的二值序列(也即密钥流)的复杂性和随机性。目前对伪随机二值序列随机性测试的分析方法主要有频率测试、游程测试、自相关和重叠子序列测试等。除此之外，国际上还制定了几种常用的二值序列随机性测试套件，如TestU01、NIST SP800-22统计测试套件以及GM/T 0005-2012随机性检测规范等。近些年来，相关学者发现某些伪随机二值序列的局部范围内会出现部分可度量的短序列，一些整体上看似随机的二值序列其局部范围内会出现弱随机现象，这个现象将对序列密码的安全性造成严重威胁。目前国际常用的二值序列随机性检测标准很难对二值序列局部包含的随机性弱化现象进行精准检测，而对于序列密码来讲，伪随机序列发生器生成的密钥流(也即伪随机序列)是序列密码安全性的决定因素，因此，对伪随机序列性能的评估至关重要。

发明内容

基于以上不足之处，本发明提供一种伪随机二值序列的局部弱随机现象的快速检测方法，解决了现有技术无法对二值序列局部包含的随机性弱化现象进行精准检测的问题。本方法可快速且精确的检测某一伪随机二值序列中包含的所有局部弱随机现象，以此来检测二值序列的局部弱随机性和安全性。

本发明所采用的技术方案如下：一种伪随机二值序列的局部弱随机现象的快速检测方法，采用CUDA计算平台，其方法如下：根据待测伪随机二值序列构建初始化矩阵A，根据初始化矩阵A构建r-1行k列的弱随机检测矩阵B；基于r-1行k列的弱随机检测矩阵B，采用并行运算方式按顺序依次构建四个r-1行k列的方向矩阵D_left,D_right,D_up和D_down；采用并行方式定位方向矩阵D_left中所有临界值的位置，并运用矩阵扫描算法定位每个临界值附近是否存在局部弱随机现象，如果存在输出相应位置信息。

本发明还具有如下具体技术特征：如上所述的一种伪随机二值序列的局部弱随机现象的快速检测方法，具体步骤如下：

S1：设某一伪随机二值序列ε(t)的长度为n，t代表某元素在二值序列ε(t)中的对应位置，以k为周期对此二值序列ε(t)进行折叠形成不同尺寸的初始化矩阵A，初始化矩阵A被定义为

r为矩阵的行数，k为列数，其中当伪随机二值序列ε(t)的长度n为偶数时k∈{2,3,…,n/2}，当n为奇数时k∈{2,3,…,(n-1)/2}，此外变量r表示为

式中为向下取整运算符，基于上式可知，当长度n为偶数时可构建n/2-1个尺寸不同的初始化矩阵A，当长度n为奇数时可构建(n-1)/2-1个尺寸不同的初始化矩阵A，之后每个初始化矩阵A依次执行以下过程；