随机性检测的五项基本检测方法

五项基本检测包括

频数检验(F-检验)序偶检验(S-检验)扑克检验(P-检验)游程检验(R-检验)自相关检验(A-检验)

1. 频数检验(F-检验)

目的:F-检验用来保证"0"和"1"的个数大致相同

输入:n比特序列样本Z,显著性水平α

输出:检验通过或检验失败

步骤:(参见文[1]的5.4.4节)

1. 在此序列截断中统计比特“0”和“1”的个数,分别记为和。

2. 计算检验统计量

(该检验统计量服从自由度为1的开方分布)

3. 计算。如果,则认为待检序列通过本检验。

注1:步骤3和也可改为比较验统计量V与其对应的临界值B(显著性水平α与临界值B的部分取值如下表),即,如果,则认为待检序列通过本检验。

表1 F-检验的显著性水平与临界值B的部分取值

显著性水平α

临界值B

0.05

3.841

0.01

6.635

0.001

10.828

0.0001

15.137

2. 序偶检验(S-检验)

目的:F-检验用来保证合理的转移概率:连续码彼此相同或相异的概率大致相

等,即每个比特都独立于它前面的比特。

输入:n比特序列样本Z,显著性水平α

输出:检验通过或检验失败

步骤:(参见文[1]的5.4.4节)

1. 在此序列截断中统计比特串“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,n1。

2. 计算检验统计量

(该检验统计量近似服从自由度为2的开方分布)

3. 计算。如果,则认为待检序列通过本检验。

注1:步骤3和也可改为比较验统计量V与其对应的临界值B(显著性水平α、临界值B的部分取值如下表),即,如果,则认为待检序列通过本检验。

表2 S-检验的显著性水平α与临界值B的部分取值

显著性水平α

临界值B

0.05

5.991

0.01

9.210

0.001

13.816

0.0001

18.421

3. 扑克检验(P-检验)

同GM/T 0005-2012《随机性检测规范》的扑克检测。

算法描述略。

表3 S-检验的显著性水平α与临界值B的部分取值

显著性水平α

临界值B

(m=4)

临界值B

(m=8)

0.05

24.996

293.248

0.01

30.578

310.457

0.001

37.697

330.520

0.0001

44.263

347.654

4. 游程检验(R-检验)

同GM/T 0005-2012《随机性检测规范》的扑克检测。

算法描述略。

表4 R-检验的显著性水平α与临界值B的部分取值

显著性水平

临界值B

0.05

1.96

0.01

2.58

0.001

3.29

0.0001

3.89

5. 自相关检验(A-检验)

同GM/T 0005-2012《随机性检测规范》的扑克检测。

算法描述略。自相关的统计量服从正态分布,表略。

参考文献

A. Menezes, P. van Oorschot, S. Vanstone. Handbook of Applied Cryptography[M]. CRC Press, 1996.GM/T 0005-2012 随机性检测规范.


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