一種基於混沌加密的真隨機數生成方法

2023-04-27 05:40:56

專利名稱：一種基於混沌加密的真隨機數生成方法
技術領域：
本發明涉及計算機信息技術中的隨機數生成方法，具體地說是一種基於混沌加密的真隨機數生成方法。
背景技術：
隨機數在信息安全、仿真模擬、博彩抽籤等科學技術和日常生活的許多領域具有非常重要的作用。隨機數分成偽隨機數和真隨機數兩種類型。偽隨機數一般由某種計算機算法產生，因此有一定規律可循，可被預測。真隨機數基於某種自然噪聲，具有均勻的外部特徵，完全沒有規律可循，完全不可預測。真隨機數的產生需要隨機源，目前的隨機源一般是通過檢測放射性衰變、粒子軌跡、電子電路噪聲、大氣噪聲、機械振蕩器頻率抖動等物理噪聲來獲取的。由於這些裝置結構複雜，操作繁瑣，有些還對人體具有以一定的危險性，因此這類隨機數產生方法既不方便，也不實用。除此之外，真隨機數也可通過人工方法獲得， 可通過擲硬幣、扔骰子等隨機方法獲得高質量的隨機數。可是，這類方法使用起來非常繁瑣，顯然也很不實用，不能適應現代社會對大批量、高質量的隨機數的需求。對於利用環境聲音產生真隨機數的方法，之前基本上都是利用以噪聲為主的環境聲音。這是由於對於有規律的聲音，例如單音節的金屬聲或有規律的音樂，若採用基準時間間隔的採樣策略，則採樣得到的音頻具有一定的周期性。

圖1、圖2是用相同的手機在同一位置錄製的同一段音樂，長度為10秒。可以看出兩段音樂由於背景噪音的影響，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秒的位置波形的形狀也不太一樣，具有隨機源的特性。但是由於錄製時，聲音以有規律的音樂為主，環境噪聲相對較小，因此，從圖 1、圖2兩組波形也可以看出，雖然每次錄音的信號都存在少許不同，但是還有大部分是相同的，產生的隨機數也具有較高的相似性。混沌系統產生的序列具有良好的遍歷性、偽隨機性、對參數的初始敏感性，常常用來做流密碼加密的密鑰流。這是因為混沌軌道的發散特性及對初始條件的敏感性使之滿足Siannon提出的加密系統設計的擴散原則，混沌吸引子的拓撲傳遞性與混合性，以及對系統參數的敏感性滿足aiarmon提出的加密系統設計的混淆原則。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種基於混沌加密的真隨機數生成方法，設備簡單易得，對錄音環境具有較強的適應性，能夠利用微弱背景噪音的音樂等規律性音頻產生隨機數。本發明為解決上述技術問題所採用的技術方案是一種基於混沌加密的真隨機數生成方法，步驟為
步驟一、採用可攜式數碼錄音設備隨機錄製一段音頻；
步驟二、將錄製的音頻信息傳送至計算機設備，然後將音頻信息轉換成wav格式； 步驟三、將轉換後的音頻信息導入計算機設備中安裝的MATLAB軟體，利用Matlab軟體的[y，Fs, bits] =wavread ( 「 *. wav」)命令讀取音頻的信號y、採樣率Fs和採樣位數 bits，其中信號y為關於時間的數值序列，值域範圍在[-1，1]；
步驟四、利用構建的混沌系統產生與信號y數值序列長度相同的混沌序列，其中混沌系統的初始值和系統參數保證經過迭代後系統產生的是混沌行為；
步驟五、利用產生的混沌序列對信號y數值序列進行加密，生成加密實值序列； 步驟六、利用空間分割法或閾值法對步驟五的加密實值序列進行二值化處理，二值化的輸出即為真隨機數。
所述的空間分割法利用公式
權利要求
1.一種基於混沌加密的真隨機數生成方法，其特徵在於 步驟一、採用可攜式數碼錄音設備隨機錄製一段音頻；步驟二、將錄製的音頻信息傳送至計算機設備，然後將音頻信息轉換成格式； 步驟三、將轉換後的音頻信息導入計算機設備中安裝的MATLAB軟體，利用Matlab軟體的[y，Fs, bits] =wavread ( 「 *. wav」)命令讀取音頻的信號y、採樣率Fs和採樣位數 bits，其中信號y為關於時間的數值序列，值域範圍在[-1，1]；步驟四、利用構建的混沌系統產生與信號y數值序列長度相同的混沌序列，其中混沌系統的初始值和系統參數保證經過迭代後系統產生的是混沌行為；步驟五、利用產生的混沌序列對信號y數值序列進行加密，生成加密實值序列； 步驟六、利用空間分割法或閾值法對步驟五的加密實值序列進行二值化處理，二值化的輸出即為真隨機數。
2.如權利要求1所述的一種基於混沌加密的真隨機數生成方法，其特徵在於所述的空間分割法利用公式
3.如權利耍求I所述的_ 種: ] 沌加密的以隨機數生成方法，其特徵在於所述的閾值法利用公式
4.如權利要求1所述的一種基於混沌加密的真隨機數生成方法，其特徵在於步驟五的加密方法為，將混沌序列和信號y數值序列中的每一個元素同時乘以2bits，其中bits為步驟三得到的採樣位數，再對每一個元素取整，然後採用位異或的方式用取整後的混沌序列對信號y數值序列進行加密。
5.如權利要求1所述的一種基於混沌加密的真隨機數生成方法，其特徵在於步驟五的加密方法為，將混沌序列和信號y數值序列中相對應的元素相加。
全文摘要
一種基於混沌加密的真隨機數生成方法，用可攜式數碼錄音設備隨機錄製一段音頻；轉換成wav格式後導入計算機設備中安裝的MATLAB軟體，讀取音頻的信號y、採樣率Fs和採樣位數bits；用混沌系統產生與信號y數值序列長度相同的混沌序列，其中混沌系統的初始值和系統參數保證經過迭代後系統產生的是混沌行為；用混沌序列對信號y數值序列進行加密，生成加密實值序列；對加密實值序列進行二值化處理，二值化的輸出即為真隨機數。用便攜裝置錄製音頻信號，隨機源的獲得簡單便捷；用混沌序列對得到的音頻序列進行加密，進一步擴大了幾次錄製的音頻信號的差異，能夠利用微弱背景噪音的音樂等規律性音頻產生隨機數。
文檔編號G06F7/58GK102541509SQ20121000962
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月13日 優先權日2012年1月13日
發明者何谷慧, 向菲, 宋瀟, 慄素娟, 王金嬋 申請人:河南科技大學