智能卡中隨機(jī)序列的檢驗(yàn)方法

1、智能卡中隨機(jī)序列的檢驗(yàn)方法本欄目責(zé)任編輯:李桂瑾人工智能及識(shí)刖技術(shù)智能卡屮隨機(jī)序列的檢驗(yàn)方法郭曉法，關(guān)長(zhǎng)東(1 遼寧省高速局朝陽(yáng)管理處，遼寧朝陽(yáng)122001;2.遼寧省高速局皴魚圈管理處，遼寧營(yíng)口 115007)摘要:在對(duì)隨機(jī)數(shù)安全性分析的基礎(chǔ)上,在智能卡系統(tǒng)中引入隨機(jī)序列的隨機(jī)性統(tǒng) 計(jì)檢驗(yàn)的方法，檢驗(yàn)生成序列是否滿足系統(tǒng)安全所需的隨機(jī)性最后，在智能卡上實(shí)現(xiàn)了這些檢驗(yàn)方法并給出了測(cè)試結(jié)果實(shí)際應(yīng) 用證明系統(tǒng)運(yùn)行正確.關(guān)鍵詞:智能卡;隨機(jī)序列;統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)中圖分類號(hào):tp311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:a文章編號(hào):10093044(2007)072022702smartcardrandomsequenceoftes

2、tguoxiao一fa.guanchang一donf(1 .liaoningpro vincialb ureauofchaoy angmanagementofhigh一speed,liaoning 122001 ,china;2.liaoningprovincialbureaubayuquan managementofhigh一speed,yingkou 115007,china)abstract:inrandomsafetyanalysisonthebasisofinthesmartcardsystemintroducedrandom sequenceofrandomstatisticalt

3、estmethod whetherthetestsequencegenerationsystemsthatmeetthesecurityrequirementsrandonmes s.finallyunasmartcardrealizedthesetestmethods andtestresuluaregiven.practicalapplicationprovesthatthesystemoperatescorrectly keywords:smartcards;randomsequence;statisticaltest1前言隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展,智能卡(smartcard)由于其方便，

4、安全的特點(diǎn)在金融，交通，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用fl 為了保證存儲(chǔ)信息的安全可靠，在智能卡操作系統(tǒng)cos(chipoperatingsystem)中引入了認(rèn)證，鑒別，加密，簽名等多種密 碼協(xié)議，其屮的大部分均用到了隨機(jī)數(shù)2】，因此隨機(jī)數(shù)的隨機(jī)性 直接關(guān)系到密碼協(xié)議和應(yīng)用系統(tǒng)的安全性因此在智能卡中必須 檢驗(yàn)產(chǎn)牛的隨機(jī)序列的隨機(jī)性針對(duì)這一問題，木文探討了在智 能卡上對(duì)隨機(jī)序列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)的方法.2智能卡中隨機(jī)數(shù)的安全性分析智能卡屮的隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生可通過軟件算法或硬件隨機(jī)數(shù)發(fā)生 器來產(chǎn)生【3】卡內(nèi)產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)構(gòu)成隨機(jī)序列，但由于卡片可能 受到各種非法的攻擊.因此在cos使用隨機(jī)序列前，必須對(duì)其

5、進(jìn) 行檢測(cè)以保證序列的隨機(jī)性密碼學(xué)意義上的安全隨機(jī)數(shù)要求滿 足以下一些特性f21:不可預(yù)測(cè)性;不可重復(fù)性;可通過隨機(jī)性統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn) 因此.針對(duì)隨機(jī)序列的各種特性我們?cè)谥悄芸ㄉ鲜褂昧瞬?同的隨機(jī)性統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法【4】，對(duì)隨機(jī)序列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)只有通 過檢驗(yàn)的隨機(jī)序列才能在系統(tǒng)中使用在實(shí)際系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中.為 了平衡安全性和響應(yīng)速度，采用了如下的一些統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)的方法： fll頻數(shù)檢驗(yàn)法主要用于檢驗(yàn)隨機(jī)序列中的0,1分布是否均勻(21x檢驗(yàn)法此檢驗(yàn)為優(yōu)度擬合檢驗(yàn),它通過隨機(jī)序列樣本來檢驗(yàn)總體是 否服從離散均勻分布51.f31游程檢驗(yàn)法通過樣本中的游程(連續(xù)的0或1)個(gè)數(shù)來判斷總體的隨機(jī)性6f41自相關(guān)檢驗(yàn)法通過隨

6、機(jī)序列樣本的自相關(guān)特性來判斷總體的隨機(jī)性.相應(yīng)于每一種檢驗(yàn)方法，設(shè)假設(shè)檢驗(yàn)時(shí)顯著水平為d.對(duì)應(yīng)的 臨界值為x,根據(jù)不同的安全需求每種檢驗(yàn)方法可設(shè)定不同的顯 著水平和臨界值，因此在卡內(nèi)定長(zhǎng)分布參數(shù)記錄文件中采用的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)如下：typedefstmctunsignedchardistype;h檢驗(yàn)分布的類型僅 unsignedeharsig_ level;/顯著水平 unsignedcharthreshold;,/臨界值 x distributionparameter;3智能卡中隨機(jī)序列的檢驗(yàn)為了對(duì)牛成的隨機(jī)序列進(jìn)行檢驗(yàn)首先須對(duì)采樣的隨機(jī)序列進(jìn)行存儲(chǔ).其存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)如下：typedefstreetun

7、signedeharrntype;h隨機(jī)數(shù)的類型.硬件或軟件生成 unsignedcharlength;/隨機(jī)序列的長(zhǎng)度（以字節(jié)為單位） unsignedeharsequence 1 ength;,/生成的隨機(jī)序列 1rand0msequence;在如下討論的隨機(jī)序列統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)的方法中，均作假設(shè)h為 檢驗(yàn)的序列為滿足安全需求的隨機(jī)序列.3,1頻數(shù)檢驗(yàn)法該檢驗(yàn)的目的是測(cè)試隨機(jī)序列中的0和1的個(gè)數(shù)是否大致 相等，這是隨機(jī)序列的基本要求.令為隨機(jī)序列中0的個(gè)數(shù),n 為隨機(jī)序列中1的個(gè)數(shù).n=110+n為序列長(zhǎng)度.定義統(tǒng)計(jì)量x.: x.;一 no-n,y.n如果nt 10,則x.近似服從自由度為1的x分

8、布當(dāng)x較大 時(shí)說明0,1的個(gè)數(shù)差異較大,因此假設(shè)檢驗(yàn)時(shí)采用單側(cè)檢驗(yàn)法, 顯著水平對(duì)應(yīng)的臨界值為x,若x.>x,則否定h.,反之，則接 受h在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)取n>>10.3.2x檢驗(yàn)法x:檢驗(yàn)主要用于分布假設(shè)檢驗(yàn).當(dāng)h成立時(shí)，可作如下假設(shè)：定義離散隨機(jī)變量x為隨機(jī)序列屮半字節(jié)的值,xc【0,15】， 則：px=i=l/16,其中址【0,15】在長(zhǎng)度為n個(gè)字節(jié)的采樣隨機(jī)序列中,x取值為i的觀察頻 數(shù)記為x,.定義統(tǒng)計(jì)量x,:豎二型:墨2n?圳8nn當(dāng)n較大時(shí)，則x近似服從自由度為15的x分布.當(dāng)x2較 大時(shí)說明觀察頻數(shù)與理論頻數(shù)的差異較大因此假設(shè)檢驗(yàn)時(shí)采用

9、 單側(cè)檢驗(yàn)法，顯著水平a對(duì)應(yīng)的臨界值為x,若x>x,則否定x 在0,1512離散均勻分布，也即否定了 h.,反之,則接受h.3.3游程檢驗(yàn)法收稿日期:2007-03-14227人工智能及識(shí)別技術(shù)本欄目責(zé)任編輯:李桂瑾游程是一種利用序列屮游程的總個(gè)數(shù)來判斷樣本隨機(jī)性的 方法令n為隨機(jī)序列中0的個(gè)數(shù),n為隨機(jī)序列中1的個(gè)數(shù)yn= no+n.為序列長(zhǎng)度在序列中由連續(xù)的0和1組成的子序列稱為游 程.在任何一個(gè)既定大小的樣本中,游程總數(shù)標(biāo)志著樣本的隨機(jī) 性.如果游程總數(shù)太少，則意味著序列中包含主觀傾向性因素，缺 乏獨(dú)立性如果游程總數(shù)太多，則意味著存在系統(tǒng)的短周期波動(dòng) 影響觀察結(jié)果，采樣序列

10、非隨機(jī)當(dāng)110和n.均大于20時(shí),游程總 數(shù)的抽樣分布近似于正態(tài)分布,其數(shù)學(xué)期望和方差分別為：1:1+,o+,j 】設(shè)采樣序列屮的游程數(shù)為r,定義統(tǒng)計(jì)量x:x3 二 re(r)utr近似地服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布n(o,11.假設(shè)檢驗(yàn)時(shí)采用雙側(cè)檢驗(yàn) 法，顯著水平0【對(duì)應(yīng)的臨界值為x,若1x12,則否定假設(shè) h,反之,則接受h.3.4自相關(guān)檢驗(yàn)法自相關(guān)檢驗(yàn)的目的是檢測(cè)釆樣序列s和s自身的非循環(huán)移位 序列之間的相關(guān)性.若序列s的長(zhǎng)度為n,選擇整數(shù)d,且iwdwl d/2i,則序列s同它的d位移位序列不同的位數(shù)為：月dl()=es,0其中0為異或操作o定義統(tǒng)計(jì)量x4:(n-d如果nd210.則x4近似服從n

11、(0,l)分布.對(duì)于采樣序列而 言,偏小和偏大的a(d)部說明序列缺乏隨機(jī)性，因此假設(shè)檢驗(yàn)時(shí) 采用雙側(cè)檢驗(yàn)法，顯著水平0【對(duì)應(yīng)的臨界值為，若x4mx,則 否定假設(shè)hn,反之,則接受hn.在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上，選擇d二&以便于序 列的異或運(yùn)算.4卡上隨機(jī)序列的測(cè)試結(jié)果采用上述統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)的方法我們?cè)趇nfineon公司的 si66cl160s儕能卡芯片上采用c51語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了隨機(jī)序列的生 成和檢驗(yàn)?zāi)嫌谠趕i66cl160s內(nèi)部提供了硬件的隨機(jī)數(shù)發(fā)牛 器，因此隨機(jī)數(shù)的生成可通過發(fā)生器來完成，在測(cè)試案例中.采樣 隨機(jī)序列的長(zhǎng)度選為40個(gè)字節(jié)，生成的序列如下(其中ox代表 16進(jìn)制):randomseque

12、ncerandomsequence=,foxol，序列為硬件發(fā)生器生成0x28./生成序列的長(zhǎng)度ox 12,ox5c,oxdl,ox 15,0x76,0x59,oxob,oxld,oxbe,oxa4,ox87,0x42,oxob,0x66.oxcl,oxd&ox53,ox3e,ox47,oxe5,oxde,oxbe,ox3c,oxa7,oxca,oxec,oxd9,oxoe,0x88,oxc3,oxe7,ox3d,ox5c,oxaf,0x46,oxoe,oxel,ox 15,ox6a,ox8bl 在開發(fā)系統(tǒng)仿真環(huán)境下，此序列對(duì)應(yīng)的檢驗(yàn)結(jié)果如下：表1檢驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果表檢驗(yàn)法頻款檢驗(yàn)法游程檢驗(yàn)

13、法自相關(guān)檢驗(yàn)法觀測(cè)值,檢驗(yàn)法統(tǒng)計(jì)量 x.005140.562782022645538415249961.96195臨界值0檢驗(yàn)的結(jié)論接受接受接受接受5結(jié)論如上的測(cè)試結(jié)果表明四種統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)的方法的結(jié)論是正確的 在實(shí)際系統(tǒng)的應(yīng)用中可根據(jù)不同的安全需求和應(yīng)用環(huán)境選擇其 中的一種或兒種方法的組合，以對(duì)生成的隨機(jī)序列進(jìn)行檢驗(yàn)，提 高應(yīng)用系統(tǒng)的安全性.參考文獻(xiàn)：1王愛英智能卡技術(shù)m】清華大學(xué)出版1996:1-21.2bruceschneier.應(yīng)用密碼學(xué)一協(xié)議,算法與c源程序m】.機(jī)械t業(yè)出版社,2000:31 - 32.3infineontechnologies.security&chip

14、cardicssle66cxxsm .infineontechnologies ag, 1999:160 190.|4|alfredj.menezes,handbookofappliedcryptography|m, crcpress.l997:175183.5高惠璇.統(tǒng)計(jì)計(jì)算m】.北京大學(xué)出版ft,1995:80"170,6顏金銳.自由分布統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)m沖國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社,2002.(上接第224頁(yè))委外設(shè)備種群規(guī)模為100,基因數(shù)為1000,交義概率為0.4,變異 概率為0丄遺傳進(jìn)化終止代數(shù)為300.考慮約束條件構(gòu)成的操作 有向無(wú)環(huán)圖如圖3所示.aj oblbj ob2cj ob3dj

15、ob4ej ob5圖3仿真事例操作的有向無(wú)環(huán)圖圖3中所示有5個(gè)不同的零部件.20種操作如果按照兩種不 同的訂單交貨時(shí)間計(jì)算,應(yīng)該有10種部件.因?yàn)橛幸慌_(tái)設(shè)備委外， 設(shè)委外運(yùn)輸時(shí)間為tr5=5.若di w45.d2<75且at1=at2=dri= dr2=5.ms1 w35且m$265.機(jī)器加工處理時(shí)間如表2所示.結(jié)果表明.最好的生產(chǎn)時(shí)問為d1=33,d2=62.可以看出.遺傳蟻群混合算法較其他單一算法先進(jìn)能夠求出問題的最優(yōu)解.所以用來進(jìn)行生產(chǎn)排產(chǎn)是可行的.參考文獻(xiàn)：11曾相戈，周勇.揭開先進(jìn)計(jì)劃系統(tǒng)的神秘面紗j】工業(yè)工程.2005.1:5455.228電腦知識(shí)與技術(shù)v17719表

16、2機(jī)器加工處理時(shí)間表21張浩,嚴(yán)雋微，等企業(yè)集成屮基于aris和sa腿3的供應(yīng)鏈建模，優(yōu)化，計(jì)劃和和執(zhí)行j】微型電腦應(yīng)用,1994,4:102103.3】張百棧，謝日章,蕭陳鴻，等基因演算法于非等效平行機(jī) 臺(tái)排程之應(yīng)用jj.journalofthechineselnstituteoflndustrialengi neers.20029:75一95.41林國(guó)輝，馬正新，等基于螞蟻算法的擁塞規(guī)避路由算法j 清華大學(xué),2003(1):1-4.5younghaelee,chanseokjeongetc.advancedplanning andschedulingwithoutsourcinginmanufacturingsupplychain computer&am