[发明专利]一种随机数双比特检验的优化实现方法及其装置

说明书

本发明涉及一种随机数双比特检验的优化实现方法及其装置，该方法的特点是，在非易失存储器中建立四个不同的查找表，供调用，输入待检字节序列和显著性水平α，初始化比特串“00”、“01”、“10”、“11”的个数计数器，将待检字节序列分段，即当前待检字节的低5个比特为一段，当前待检字节的高4个比特及随后待检字节的最低1比特为一段，以此类推，分段查表统计频数，更新计数器，修正频数，计算1比特频数，计算统计量V，计算P值，最后判定结果。本发明方法按4比特分段处理字节序列，结合查表做频率统计，计算量大幅下降，提升了工业控制系统安全防护装置实时响应，增强了该系统稳定性和健壮性。建四张表仅占用128字节存储，易于在安全防护装置中实施应用。

技术领域

本发明涉及随机性检测领域，尤其涉及一种随机数双比特检验的优化实现方法及其装置。

背景技术

随着工业系统日益向数字化、网络化、智能化方向发展，工业控制生产环境从封闭走向开放，工业控制系统由单机走向互联，联网工控设备和系统有增无减，工业信息安全事件频发。为增强工业信息安全，大量有针对性的工业控制安全防护产品被研制出来，如安全网关、入侵检测、监测预警、主机安全防护、工业互联网安全监测、工业嵌入式软件信息安全等，随机数发生器作为绝大部分工业控制安全产品的基础部件被集成了这些产品中，根据国家密码管理局颁布的密码行业标准GM/T 0062-2018《密码产品随机数检测要求》，这些随机数发生器的产生的随机数的质量则需要进行仔细检测。

双比特检验，也被称S-检验，是最基础最重要的随机数质量检验方法之一，也被著名的《应用密码学手册》列为五项基本检验方法之一。S-检验的目的是保证合理的转移概率，即连续码彼此相同或相异的概率大致相等，直观的意义就是每个比特都独立于它前面的比特。传统S检验实现步骤是对n比特序列样本Z和显著性水平α执行如下步骤。

步骤1.在此序列截断Z中统计比特串“00”、“01”、“10”、“11”的个数，分别记为n₀₀、n₀₁、n₁₀、n₁₁；统计比特“0”和“1”的个数，分别记为n₀和n₁。

步骤2.计算检验统计量

步骤3.计算P-value＝igamc(1,V/2)。如果P-value≥α，则认为待检序列通过本检验。

传统检验方法存在如下不足：

1)在工业控制系统的安全防护类产品中等待进行S-检验的数据通常以字节型存储，而传统做法采用基于比特的处理方式，即一比特、一比特地处理待检数据。这需要将待检的字节数据转为比特序列，增加了处理的复杂度和流程。

2)分别统计2比特(i,j)的频数和1比特序列的频数，增加了统计过程的计算量，却没有考虑两者之间的内在联系。

3)传统做法采用基于比特的处理方式，会严重降低处理效率。工业控制系统的安全防护类产品的数据处理能力有限，S-检验的效率太低会严重影响工业控制设备的稳定性和实时性，对工业系统健康运行埋下隐患。

发明内容

本发明的目的是提出一种随机数双比特检验的优化实现方法及其装置，解决双比特检验在工业控制系统的安全防护装置中实现时，执行流程复杂和检验效率低的问题。