張永強(qiáng)　李順波　屈帥　呂凱琳　劉嬋　許肖茹

摘要：序列的隨機(jī)性檢測(cè)是密碼學(xué)研究的一個(gè)重要課題，首先介紹了美國(guó)NIST測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，然后利用Linux系統(tǒng)下的makefile和sts軟件兩種方法對(duì)流密碼ZUC生成的序列了進(jìn)行隨機(jī)性檢測(cè)，16種測(cè)試結(jié)果表明ZUC的密鑰流序列是隨機(jī)的。

關(guān)鍵詞：隨機(jī)性檢測(cè)；NIST；假設(shè)檢驗(yàn)；P-Value；隨機(jī)序列

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）26-6064-03

Abstract： Randomness tests of sequence are an important tack in cryptography. First， the NIST test standard is introduced. Then， using two methods of makefile in Linux system and sts software， a random test is proposed for the sequence of ZUC stream cipher. Furthermore， the 16 testing results show that the keystream of ZUC is random.

Key words： Randomness test；NIST；Hypothesis testing； P-Value， Random sequence

密碼算法是構(gòu)建安全信息系統(tǒng)的核心要素之一，是保障信息與數(shù)據(jù)機(jī)密性、完整性和真實(shí)性的重要技術(shù)。對(duì)算法的檢測(cè)評(píng)估[1]是密碼學(xué)研究的重要組成部分，它為密碼算法的設(shè)計(jì)、分析提供客觀的量化指標(biāo)和技術(shù)參數(shù)，對(duì)密碼算法的應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義?！耙淮我幻埽∣ne-Time Pad）”是流密碼產(chǎn)生的思想來(lái)源，序列密碼的核心是通過(guò)固定算法，將一串短的密鑰序列擴(kuò)展為長(zhǎng)周期的密鑰流序列，且密鑰流序列在計(jì)算能力內(nèi)應(yīng)與隨機(jī)序列不可區(qū)分。因此，分析密鑰流序列的隨機(jī)性是流密碼算法安全性研究的重要內(nèi)容，利用NIST檢測(cè)[2-3]方法對(duì)密碼算法進(jìn)行評(píng)測(cè)可以為理論分析提供大量參考數(shù)據(jù)，從而減少理論分析者的工作量，同時(shí)可以暴露出用現(xiàn)有的分析方法無(wú)法發(fā)現(xiàn)的安全漏洞。

1 NIST檢測(cè)方法

1.1 隨機(jī)性檢測(cè)

隨機(jī)性檢測(cè)利用概率統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)隨機(jī)數(shù)發(fā)生器或者密碼算法產(chǎn)生序列的隨機(jī)性進(jìn)行描述.不同的檢測(cè)項(xiàng)目從不同的角度刻畫待檢測(cè)序列與真隨機(jī)序列之間的差距.通常采用假設(shè)檢驗(yàn)[4]的方法，隨機(jī)性假設(shè)檢驗(yàn)，就是已知真隨機(jī)序列的某一方面符合一個(gè)特定的分布，那么假設(shè)待檢測(cè)序列是隨機(jī)的，則待檢測(cè)序列在這方面也應(yīng)該符合這個(gè)特定的分布。

3 結(jié)束語(yǔ)

由上表可以看出，16個(gè)測(cè)試項(xiàng)的[P-value]值全都大于顯著性水平[α=0.01]，而且有5項(xiàng)（塊內(nèi)頻率測(cè)試、累積和測(cè)試、二元矩陣秩測(cè)試、非重疊模版匹配測(cè)試、重疊模版匹配測(cè)試）的[P-value]值超過(guò)了0.5，因此，接受原假設(shè)[H0]，ZUC算法生成的密鑰流序列是隨機(jī)的。

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