專利名稱：一種基于混沌加密的真隨機(jī)數(shù)生成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)信息技術(shù)中的隨機(jī)數(shù)生成方法，具體地說(shuō)是一種基于混沌加密的真隨機(jī)數(shù)生成方法。
背景技術(shù)：
隨機(jī)數(shù)在信息安全、仿真模擬、博彩抽簽等科學(xué)技術(shù)和日常生活的許多領(lǐng)域具有非常重要的作用。隨機(jī)數(shù)分成偽隨機(jī)數(shù)和真隨機(jī)數(shù)兩種類型。偽隨機(jī)數(shù)一般由某種計(jì)算機(jī)算法產(chǎn)生，因此有一定規(guī)律可循，可被預(yù)測(cè)。真隨機(jī)數(shù)基于某種自然噪聲，具有均勻的外部特征，完全沒(méi)有規(guī)律可循，完全不可預(yù)測(cè)。真隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生需要隨機(jī)源，目前的隨機(jī)源一般是通過(guò)檢測(cè)放射性衰變、粒子軌跡、電子電路噪聲、大氣噪聲、機(jī)械振蕩器頻率抖動(dòng)等物理噪聲來(lái)獲取的。由于這些裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作繁瑣，有些還對(duì)人體具有以一定的危險(xiǎn)性，因此這類隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生方法既不方便，也不實(shí)用。除此之外，真隨機(jī)數(shù)也可通過(guò)人工方法獲得， 可通過(guò)擲硬幣、扔骰子等隨機(jī)方法獲得高質(zhì)量的隨機(jī)數(shù)。可是，這類方法使用起來(lái)非常繁瑣，顯然也很不實(shí)用，不能適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)對(duì)大批量、高質(zhì)量的隨機(jī)數(shù)的需求。對(duì)于利用環(huán)境聲音產(chǎn)生真隨機(jī)數(shù)的方法，之前基本上都是利用以噪聲為主的環(huán)境聲音。這是由于對(duì)于有規(guī)律的聲音，例如單音節(jié)的金屬聲或有規(guī)律的音樂(lè)，若采用基準(zhǔn)時(shí)間間隔的采樣策略，則采樣得到的音頻具有一定的周期性。

圖1、圖2是用相同的手機(jī)在同一位置錄制的同一段音樂(lè)，長(zhǎng)度為10秒。可以看出兩段音樂(lè)由于背景噪音的影響，其波形是不同的，在3秒多的位置波形的峰值不同，在接近7秒的位置波形的形狀也不太一樣，具有隨機(jī)源的特性。但是由于錄制時(shí)，聲音以有規(guī)律的音樂(lè)為主，環(huán)境噪聲相對(duì)較小，因此，從圖 1、圖2兩組波形也可以看出，雖然每次錄音的信號(hào)都存在少許不同，但是還有大部分是相同的，產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)也具有較高的相似性?；煦缦到y(tǒng)產(chǎn)生的序列具有良好的遍歷性、偽隨機(jī)性、對(duì)參數(shù)的初始敏感性，常常用來(lái)做流密碼加密的密鑰流。這是因?yàn)榛煦畿壍赖陌l(fā)散特性及對(duì)初始條件的敏感性使之滿足Siannon提出的加密系統(tǒng)設(shè)計(jì)的擴(kuò)散原則，混沌吸引子的拓?fù)鋫鬟f性與混合性，以及對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的敏感性滿足aiarmon提出的加密系統(tǒng)設(shè)計(jì)的混淆原則。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于混沌加密的真隨機(jī)數(shù)生成方法，設(shè)備簡(jiǎn)單易得，對(duì)錄音環(huán)境具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，能夠利用微弱背景噪音的音樂(lè)等規(guī)律性音頻產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種基于混沌加密的真隨機(jī)數(shù)生成方法，步驟為
步驟一、采用便攜式數(shù)碼錄音設(shè)備隨機(jī)錄制一段音頻；
步驟二、將錄制的音頻信息傳送至計(jì)算機(jī)設(shè)備，然后將音頻信息轉(zhuǎn)換成wav格式； 步驟三、將轉(zhuǎn)換后的音頻信息導(dǎo)入計(jì)算機(jī)設(shè)備中安裝的MATLAB軟件，利用Matlab軟件的[y，F(xiàn)s, bits] =wavread ( “ *. wav”)命令讀取音頻的信號(hào)y、采樣率Fs和采樣位數(shù) bits，其中信號(hào)y為關(guān)于時(shí)間的數(shù)值序列，值域范圍在[-1，1]；
步驟四、利用構(gòu)建的混沌系統(tǒng)產(chǎn)生與信號(hào)y數(shù)值序列長(zhǎng)度相同的混沌序列，其中混沌系統(tǒng)的初始值和系統(tǒng)參數(shù)保證經(jīng)過(guò)迭代后系統(tǒng)產(chǎn)生的是混沌行為；
步驟五、利用產(chǎn)生的混沌序列對(duì)信號(hào)y數(shù)值序列進(jìn)行加密，生成加密實(shí)值序列； 步驟六、利用空間分割法或閾值法對(duì)步驟五的加密實(shí)值序列進(jìn)行二值化處理，二值化的輸出即為真隨機(jī)數(shù)。
所述的空間分割法利用公式
權(quán)利要求
1.一種基于混沌加密的真隨機(jī)數(shù)生成方法，其特征在于 步驟一、采用便攜式數(shù)碼錄音設(shè)備隨機(jī)錄制一段音頻；步驟二、將錄制的音頻信息傳送至計(jì)算機(jī)設(shè)備，然后將音頻信息轉(zhuǎn)換成格式； 步驟三、將轉(zhuǎn)換后的音頻信息導(dǎo)入計(jì)算機(jī)設(shè)備中安裝的MATLAB軟件，利用Matlab軟件的[y，F(xiàn)s, bits] =wavread ( “ *. wav”)命令讀取音頻的信號(hào)y、采樣率Fs和采樣位數(shù) bits，其中信號(hào)y為關(guān)于時(shí)間的數(shù)值序列，值域范圍在[-1，1]；步驟四、利用構(gòu)建的混沌系統(tǒng)產(chǎn)生與信號(hào)y數(shù)值序列長(zhǎng)度相同的混沌序列，其中混沌系統(tǒng)的初始值和系統(tǒng)參數(shù)保證經(jīng)過(guò)迭代后系統(tǒng)產(chǎn)生的是混沌行為；步驟五、利用產(chǎn)生的混沌序列對(duì)信號(hào)y數(shù)值序列進(jìn)行加密，生成加密實(shí)值序列； 步驟六、利用空間分割法或閾值法對(duì)步驟五的加密實(shí)值序列進(jìn)行二值化處理，二值化的輸出即為真隨機(jī)數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于混沌加密的真隨機(jī)數(shù)生成方法，其特征在于所述的空間分割法利用公式
3.如權(quán)利耍求I所述的_ 種: ] 沌加密的以隨機(jī)數(shù)生成方法，其特征在于所述的閾值法利用公式
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于混沌加密的真隨機(jī)數(shù)生成方法，其特征在于步驟五的加密方法為，將混沌序列和信號(hào)y數(shù)值序列中的每一個(gè)元素同時(shí)乘以2bits，其中bits為步驟三得到的采樣位數(shù)，再對(duì)每一個(gè)元素取整，然后采用位異或的方式用取整后的混沌序列對(duì)信號(hào)y數(shù)值序列進(jìn)行加密。
5.如權(quán)利要求1所述的一種基于混沌加密的真隨機(jī)數(shù)生成方法，其特征在于步驟五的加密方法為，將混沌序列和信號(hào)y數(shù)值序列中相對(duì)應(yīng)的元素相加。
全文摘要
一種基于混沌加密的真隨機(jī)數(shù)生成方法，用便攜式數(shù)碼錄音設(shè)備隨機(jī)錄制一段音頻；轉(zhuǎn)換成wav格式后導(dǎo)入計(jì)算機(jī)設(shè)備中安裝的MATLAB軟件，讀取音頻的信號(hào)y、采樣率Fs和采樣位數(shù)bits；用混沌系統(tǒng)產(chǎn)生與信號(hào)y數(shù)值序列長(zhǎng)度相同的混沌序列，其中混沌系統(tǒng)的初始值和系統(tǒng)參數(shù)保證經(jīng)過(guò)迭代后系統(tǒng)產(chǎn)生的是混沌行為；用混沌序列對(duì)信號(hào)y數(shù)值序列進(jìn)行加密，生成加密實(shí)值序列；對(duì)加密實(shí)值序列進(jìn)行二值化處理，二值化的輸出即為真隨機(jī)數(shù)。用便攜裝置錄制音頻信號(hào)，隨機(jī)源的獲得簡(jiǎn)單便捷；用混沌序列對(duì)得到的音頻序列進(jìn)行加密，進(jìn)一步擴(kuò)大了幾次錄制的音頻信號(hào)的差異，能夠利用微弱背景噪音的音樂(lè)等規(guī)律性音頻產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)。
文檔編號(hào)G06F7/58GK102541509SQ20121000962
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月13日
發(fā)明者何谷慧, 向菲, 宋瀟, 栗素娟, 王金嬋 申請(qǐng)人:河南科技大學(xué)