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随着计算机网络的快速发展和信息安全的日益重要,密码技术正越来越广泛地用于信息系统中保障系统安全。伪随机数发生器(pseudorandom number generator,PRNG)因经常用于产生各种密钥而在密码技术中举足轻重。本文旨在研究密码安全的浮点数伪随机数发生器,用于图像加密等安全场合。针对一般数学迭代算法产生的伪随机序列不能抵抗下一位预测攻击,以及随着计算机计算能力增强,密钥空间必须增大以抵抗穷举搜索攻击等问题,本文主要做了以下三方面研究工作。 提出了两种改进的混沌映射伪随机浮点数发生算法。首先,针对一维无限折叠混沌映射初始值选择挑剔的缺陷,通过引入Logistic混沌映射提出了改进的伪随机数发生方法。该方法不仅对初始值选择无特殊要求,密钥空间增大,而且统计性能更优。其次,针对无限折叠周期窗口混沌映射因存在周期窗口,不仅使参数选择范围变窄,而且不方便用户使用的问题,通过改进其迭代式消除了周期窗口,使密钥空间和Lyapunov指数均增大,统计性能变优。另外,这两种改进算法都利用了Hash函数的“数字指纹”特征,根据初始种子值产生的机密移位信息对输出序列进行了移位,从而使下一位预测攻击极为困难,进一步增强了序列的安全性。 设计了一种密码安全的伪随机比特序列发生器,再将比特序列转化为浮点数序列。首先,利用计算机键盘输入和系统时间两个随机源作为密钥。然后,根据内积定理和扩展定理,由Hash函数和反馈移位寄存器构建新的伪随机比特序列发生器。最后,将输出的比特序列转换为浮点数序列。由于密钥的随机性以及Hash函数的单向性,该发生器可以抵抗生日攻击和强力攻击,因此所产生的伪随机数具有不可预测性。 应用VC工具实现了伪随机数发生器及其统计检验软件包,便于今后进一步的伪随机数研究、应用和测试。