随机数检测代码运行

Posted 2021-02-28 destiny-love

测试步骤

• 1.准备测试数据

使用待测的(伪)随机数发生器，产生足够长度的随机数序列。(样本参数见附录)

• 2.在NIST的测试源码中，添加4个国密特有的测试用例

扑克测试，游程分布测试，二元推导测试，自相关测试

• 3.编译源码得到测试程序
  在sts-2.1.2目录下make即可
  

• 4.运行测试程序，选择待测试数据，按照NIST测试用例和测试参数进行设置

1.执行测试程序，$ ./assess 1000000
2. 输入0，选择从文件读入随机数
3. 输入随机数路径及文件名，例如data/data1.bin
4. 输入0，选择NIST测试模式
5. 输入2，选择测试所有NIST用例
6. 输入0，NIST用例使用默认参数即可(如果需要修改参数输入相应的编号进行修改）
7. 输入1000，选择测试的样本数量
8. 输入1，选择输入的文件类型为二进制(选择0表示全是01的ASCII文件)
9. 按回车即开始测试

• 5.测试结束之后，分析测试结果，看是否满足预期要求

• 6.运行测试程序，选择待测试数据，按照国密规范选择对应测试用例，并进行参数设置

1.执行测试程序 $ ./assess 1000000
2. 输入0，选择从文件读入随机数
3. 输入随机数路径及文件名，例如data/data1.bin
4. 输入1，选择国密测试模式，固定为国密的测试参数
5. 输入3，选择测试所有GM用例
6. 输入1000，选择测试的样本数量
7. 输入1，选择输入的文件类型为二进制(选择0表示全是01的ASCII文件)
8. 按回车即开始测试

• 7.测试结果之后，分析测试结果，看是否满足预期要求

结果分析

• 1.通过测试的样本比例（NIST标准）

根据样本总个数和显著性水平，计算判定用例通过的最小样本个数
对于样本数为1000，显著性水平为0.01的情况，通过的比例需要在0.98以上
即1000的样本需要有980个通过。

• 2.P值均匀分布(仅NIST)

对每个测试样本的P值结果，按照0.1的区间间隔进行数量统计，计算P值统计结果的P值。
如果最终的P值大于0.0001，则认为是均匀分布的。

序号	检测项目	国密参数	NIST参数
1	块内频数测试	m=100	m=128
2	扑克测试(国密)	m=4; m=8	/
3	重叠子序列测试	m=2; m=5	m=16
4	块内最长游程测试	m=10000	m=10000
5	二元推导测试(国密)	k=3; k=7	/
6	自相关测试(国密)	d=1, 2, 8, 16	/
7	矩阵秩测试	M=Q=32	M=Q=32
8	近似熵测试	m=2; m=5	m=10
9	线性复杂度测试	m=500	m=500
10	非重叠模板测试(NIST)	/	m=9
11	重叠模板测试(NIST)	/	m=9
12	通用测试	L=7，Q=1280	L=7，Q=1280

显著性水平α=0.01
样本参数

参数	值
样本长度	10^6 bits
样本个数	1000

随机数样本生成方法

• 1.openssl随机数样本生成方法

openssl rand -out data.openssl 1000000000

• 2.用C语言中rand函数生成随机数样本(glibc版本2.27)

./c_rand 1024 data.c_rand 1000000000

• 3.其中c_rand程序的源码c_rand.c如下

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

#define buffer 1024

int main(int argc, char *argv[])
{
	int j, r, nbytes;
	unsigned int seed;
	FILE* fp = NULL;
	size_t res = 0;
	if (argc != 4) {
	fprintf(stderr, "Usage: %s <seed> <rand_file> <nbytes>
", argv[0]);
	return -1；
 	}

	seed = atoi(argv[1]);
	nbytes = atoi(argv[3]);
	srand(seed);

	unsigned char* out = new unsigned char[buffer];
	unsigned char* cur = out;
	if (!(fp = fopen(argv[2], "wb")))
	{
 		printf("file %s open fail!", argv[2]);
 		delete[] out;
 		return -1;
	}

	for (j=0;j<nbytes; ++j) {
		r =  rand()%256;
		*cur++ = *((unsigned char*)(&r));
		if((!(( j + 1 ) % buffer)) || ( j + 1 == nbytes))
		{
			size_t num = j % buffer + 1;
      		res = fwrite(out, 1, num, fp);
      		if (res != num)
      		{
        		fclose(fp);
        		delete[] out;
        		printf("file %s write fail!", argv[2]);
        		return -1;
			}
      			cur = out;
		}
	}
		fclose(fp);
		delete[] out;
		return 0;
}

• 4.采集握手中ClientHello随机数

生成随机数命令:

openssl s_server -engine ./engine.so -cert test/rsa-ext.pem -key test/rsa.key -CAfile ca/rsa-ca.pem -www -accept 8888

./ssl -h 192.168.1.10 -p 8888 -s 128000000 -f binary -o data.handshake -m tls1_2

• 5.采集硬件加密卡生成的随机数样本

前置条件：完成硬件安装，驱动安装,编译openssl 引擎得到engine.so

openssl rand -engine ./engine.so -out data.cryptocard 1000000000

实验结果

总结

本来打算自己尝试编码或者实在不行找一下代码尝试自己修改，最终发现自己暂时还是没那个能力，所以还是使用了NIST的测试源码，在网上查阅博客跟着博客运行了起来。感性认识了一下伪随机数的检测。后面打算找一些论文自己看看，尝试写一篇综述类文章发表。以上就是最近的学习总结，如有不足请老师指正。