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第1章 概述1

1.1 信息社会和信息安全1

1.2 随机数的历史2

1.3 随机数的定义5

1.3.1 例子5

1.3.2 定义8

1.4 随机数发生器的定义9

1.5 本书的章节安排11

参考文献12

第2章 随机数和密码13

2.1 保密通信13

2.2 密码技术概述15

2.2.1 加密技术15

2.2.2 数字签名17

2.2.3 密码协议18

2.2.4 量子密码19

2.3 理想保密和实际保密20

2.3.1 理想保密20

2.3.2 实际保密22

2.4 密码学中使用随机数的例子23

2.5 随机性的度量24

2.5.1 熵的定义24

2.5.2 熵和RNG28

参考文献31

第3章 伪随机数产生器理论32

3.1 计算复杂性理论33

3.2 单向函数34

3.2.1 基本概念34

3.2.2 单向函数族37

3.3 伪随机数发生器的定义38

3.4 伪随机性和不可预测性43

3.5 伪随机数发生器的构造45

3.5.1 基于单个单向置换构造45

3.5.2 基于单向置换族构造47

3.5.3 BBS发生器48

3.6 伪随机发生器的应用51

3.6.1 伪随机函数51

3.6.2 伪随机置换55

参考文献57

第4章 实际的伪随机数发生器58

4.1 设计原理58

4.1.1 伪随机数发生器的一般框架58

4.1.2 伪随机数发生器的设计需求59

4.2 线性反馈移位寄存器61

4.2.1 构成61

4.2.2 周期性62

4.2.3 m-序列的统计特性63

4.2.4 B-M算法65

4.3 基于分组密码算法构造PRNG66

4.3.1 基于OFB工作模式构造66

4.3.2 基于CTR工作模式构造67

4.3.3 AES71

4.3.4 SMS481

4.3.5 KASUMI84

4.4 基于序列密码的伪随机数发生器90

4.4.1 序列密码90

4.4.2 ZUC91

4.4.3 Enocoro-12897

4.4.4 MUGI101

4.4.5 Rabbit105

4.4.6 KCipher-2108

4.5 Yarrow113

4.5.1 组成113

4.5.2 状态空间114

4.5.3 转换函数115

4.5.4 输出函数117

4.5.5 安全性117

4.6 伪随机数发生器标准117

4.6.1 ANSI X9.17伪随机比特发生器117

4.6.2 FIPS 186中的伪随机比特发生器118

4.6.3 SP800-90119

4.6.4 基于分组算法的PRNG131

4.6.5 基于数论问题的PRNG137

参考文献141

第5章 真随机数发生器142

5.1 设计原理142

5.1.1 安全性质142

5.1.2 真随机数发生器组成145

5.1.3 熵源146

5.2 评估方法157

5.2.1 连续性测试157

5.2.2 IID测试160

5.2.3 估计IID源的最小熵166

5.2.4 估计非IID源的最小熵167

5.3 一些常见的真随机数发生器172

5.3.1 /dev/random172

5.3.2 Intel随机数发生器179

参考文献180

第6章 量子随机数发生器182

6.1 概述182

6.2 量子真随机数发生器182

6.2.1 离散变量量子随机数发生器183

6.2.2 连续变量量子随机数发生器186

6.3 量子真随机数发生器设计方法190

6.3.1 量子随机源的选取190

6.3.2 探测采样192

6.4 一个连续变量QRNG设计方案194

6.4.1 现有量子随机数发生器的技术局限194

6.4.2 量子噪声源——超辐射发光二极管195

6.4.3 基于放大自发辐射的量子随机数发生器实验方案195

6.4.4 数据后处理196

6.4.5 统计检验201

6.5 总结202

参考文献202

第7章 随机性的统计检验203

7.1 随机性统计检验原理与方法203

7.1.1 概率统计基础——几种概率分布203

7.1.2 统计检验方法205

7.2 几种常用的随机性统计测试包208

7.2.1 五项基本随机性测试208

7.2.2 ENT随机性测试210

7.2.3 Diehard随机性测试213

7.2.4 NIST的16项随机性测试215

7.2.5 我国商用密码随机性检测规范225

7.3 分组密码算法的随机性检测227

7.3.1 密文的局部随机性检测227

7.3.2 基于二项分布的随机性检测项目228

7.3.3 明文-密文严格雪崩效应测试230

7.3.4 密钥编排算法的随机性检验231

7.4 序列密码算法的随机性检测233

7.4.1 密钥流的局部随机性检测233

7.4.2 种子密钥的扩散性检测233

7.5 杂凑函数的随机性检测233

7.5.1 摘要流的局部随机性检测233

7.5.2 消息的扩散性检测234

7.5.3 密钥的扩散性检测234

参考文献234

第8章 随机数发生器的分析方法236

8.1 攻击分类236

8.2 分析微软Windows操作系统的随机数发生器241

8.2.1 WRNG的描述241

8.2.2 密码分析245

8.3 Dual＿EC＿PRNG的陷门246

参考文献247