真随机数发生器的熵检测方法研究

In cryptography, the security of random number generators is extremely important, and it is the essential for the security of cryptographic algorithms and protocols. For true random number generators (TRNGs), international standards recommend to use the concept of entropy to test the true randomness of TRNGs, rather than only rely on the statistical tests of outputting sequences..This project focuses on the method of entropy test for TRNGs, mainly including the establishment and verification for the model of stochastic behaviors, the deduction of entropy calculation expression, and the design and implementation of inner test circuits. In addition, the phase lock, correlated noises and the deterministic perturbations are also considered in this project. The goal of this project is to provide a comprehensive system of supporting theory and implementation method. This project emphasizes the practicality of the test methods. By containing as many designs and scenarios as possible, an advanced and universal testing method can be developed in this project. The performing of this project can not only provide advanced techniques for the standard development of our country, but also guide and promote the improvement of TRNG design techniques.

在密码学中，随机数发生器的安全至关重要，是保证密码算法和协议安全的基础。对于真随机数发生器（TRNG），国际上普遍推荐对TRNG的熵进行检测，用于评价其真随机性，而不是只依赖于对输出结果的统计测试。.本课题研究对TRNG的熵检测方法，主要包括对TRNG随机行为的建模和验证、熵计算公式的推导、以及内部检测电路的设计与实现，还全面考虑了相位互锁、相关噪声和确定性干扰对TRNG安全性的影响。本课题旨在为熵检测提供一套完善的理论支撑和实施体系，注重方法的实际应用，尽可能的包含更多的设计结构和工作场景，最终形成具备较高的先进性和通用性的检测方法。课题的实施不仅可以为我国相关标准的制定奠定先进的技术基础，而且也能够指导并促进国内TRNG设计技术的改进。

在密码学中，随机数发生器的安全至关重要，是保证密码算法和协议安全的基础。但是在我国的密码产品和随机数发生器的检测中，仍以统计测试为主要检测手段，但这无法评判随机数发生器的本质安全性。对随机数发生器的熵进行评估是评价其质量的唯一手段。本项目围绕随机数发生器的熵，提出了一系列理论先进、实际有效的检测方法，部分成果发表在高水平学术期刊和会议上，并正在我国相关标准和产品中得到应用。.首先，本项目针对国际通用的统计测试标准美国NIST SP800-22，指出了其中的一个重要的检测缺陷，并给出了有效的改进方法。其次，针对随机数发生器的熵估计建模方法，提出了一系列对振荡采样型结构的理论熵估计和安全评估方法，为部分新结构的应用安全性打下了理论基础。最后，针对国际上正在普遍使用的统计熵估计标准美国NIST SP800-90B，项目也指出了其中存在的安全缺陷，并提出了一种基于深度学习理论的更高效、更准确的统计熵估计方法。至此，本项目针对随机数发生器的三种检测方法，都进行了全面、深入并卓有成效的研究，可以为我国相关标准的制定奠定先进的技术基础，而且也能够指导并促进国内TRNG设计技术的改进。