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基于区间算法的随机数生成算法的设计

基于区间算法的随机数生成算法的设计

作者：毛松志浙江工商大学

学位级别：硕士

20世纪中叶以来,随着John von Neuman最早提出一种简单的随机数生成算法,其被越来越多的人所研究,发展也愈加迅速,并且在众多领域中都发挥着不可或缺的作用。由于人们对高质量随机数的需求的增加,各种随机数生成器相继问世。1997年,Han... 详细信息

20世纪中叶以来,随着John von Neuman最早提出一种简单的随机数生成算法,其被越来越多的人所研究,发展也愈加迅速,并且在众多领域中都发挥着不可或缺的作用。由于人们对高质量随机数的需求的增加,各种随机数生成器相继问世。1997年,Han和Hoshi提出了一种随机数生成的算法——区间算法(Interval Algorithm)。该算法的思想源于Knuth和Yao,算法的本质是区间迭代,与算术编码的编解码过程有一定相似性。到现在为止,区间算法一直在被改进和优化,但还是存在许多问题,包括区间算法复杂性过高的问题,有限精度运算误差如何改善的问题,等等。本文主要研究的就是区间算法,以区间算法为基础,提出了一种新的随机数生成算法。该算法在继承区间算法的优点的基础上,对算法进行了改进和优化,主要贡献如下:1.优化了系统的体系结构。本文不再如原区间算法那样考虑M进制的输入和输出,而是直接考虑输入和输出都是二元的情况。这么做可以有效减小算法在进行区间分割,区间放大,进位传送等操作时的复杂性,提高算法的运行效率。为了实现算法的这一改变,输入和输出就需要一个转换模块,两个模块则可以通过一棵树的形式来实现,整个系统的复杂性就可以控制在一个理想的状态。2.拓展了算法的模型。本文探讨了信源的部分信息通过泄密信道泄露给随机数的使用者的情况下(泄露的信息称为边信息),即使用者有边信息的情况下随机数生成器的设计问题。本文尝试了三种方法来改善边信息对算法带来的影响,分别为区间放大,区间交换和随机置换,对这些方法能否改善生成的随机数的质量获得了一些有益的结果和结论,进而提出了一种测试者端有边信息的随机数生成基本框架,即以区间算法模块和随机置换模块级联的方式。

关键词：随机数生成区间算法边信息随机置换

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随机数生成及其在商店经营等方面的应用

杭州电子工业学院译丛 1993年第2期 57-59页

作者： Baker,L 周其力

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基于多熵源的移动终端随机数生成方案

计算机与网络 2021年第7期47卷 55-59页

作者：韩冬磊刘世颖中国电子科技集团公司第五十四研究所

随着移动智能设备的普及,给用户的数据、隐私甚至是财产安全带来了前所未有的威胁。给用户提供安全应用服务的核心是密码技术,而随机数作为密码技术的信任根,其安全生成是整个应用服务安全保障的根本。然而由于移动终端的应用环境复杂多... 详细信息

随着移动智能设备的普及,给用户的数据、隐私甚至是财产安全带来了前所未有的威胁。给用户提供安全应用服务的核心是密码技术,而随机数作为密码技术的信任根,其安全生成是整个应用服务安全保障的根本。然而由于移动终端的应用环境复杂多变,传统的随机数生成方案在移动终端上无法保证所生成随机数的安全性。基于此,提出了一种在可信执行环境(Trusted Execution Environment,TEE)中利用多熵源的伪随机数生成方案。该方案通过利用SRAM PUF生成带有设备硬件特征的随机数与来自移动终端上传感器采集的物理随机数整合成为伪随机数发生器(Pseudo-Random Number Generator,PRNG)的种子,生成满足安全要求的随机数,从而满足移动终端对于随机数的安全需求。

关键词：随机数生成可信执行环境 SRAM PUF

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高效率多维离散分布随机数生成算法

甘肃科学学报 2010年第2期22卷 114-116页

作者：崔海蓉胡小平南京农业大学工学院江苏南京210032 东南大学经济管理学院江苏南京210096

多维离散随机数在进行计算机仿真中具有重要作用,一般计算机高级语言通常只能给出一维离散随机数,无法满足计算机仿真和实验的需要,如何生成多维离散随机数的研究未见报道,因此提出如何通过均匀分布随机数获得服从任意多维离散概率分布... 详细信息

多维离散随机数在进行计算机仿真中具有重要作用,一般计算机高级语言通常只能给出一维离散随机数,无法满足计算机仿真和实验的需要,如何生成多维离散随机数的研究未见报道,因此提出如何通过均匀分布随机数获得服从任意多维离散概率分布随机数生成的理论和方法,较好的解决了这一问题.

关键词：多维离散分布随机数生成算法设计

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基于FPGA的高斯分布随机数的生成

华南理工大学学报（自然科学版） 2013年第11期41卷 1-7页

作者：姚若河徐新才华南理工大学电子与信息学院广东广州510640

为提高对高斯分布概率密度函数的近似精度,提出一种基于Ziggurat算法的新的高斯分布随机数生成算法.新算法将高斯分布概率密度函数分成顶部、中部、尾部3个子区域分别进行矩形嵌套分层分割,分割后以正比于矩形面积的概率随机选择一个矩... 详细信息

为提高对高斯分布概率密度函数的近似精度,提出一种基于Ziggurat算法的新的高斯分布随机数生成算法.新算法将高斯分布概率密度函数分成顶部、中部、尾部3个子区域分别进行矩形嵌套分层分割,分割后以正比于矩形面积的概率随机选择一个矩形区域,生成概率密度函数为对应矩形的随机数点(x,y),其横坐标x为输出的高斯分布随机数.针对仿真中出现的极值情况,进一步对尾部区域进行了优化处理.此外,基于Xilinx Virtex 4完成了改进后算法的硬件设计.仿真结果表明,新算法结构简单,易于FPGA硬件实现,生成的随机数能通过高斯分布特性和随机性统计检验.

关键词：现场可编程门阵列随机数生成高斯分布 Ziggurat算法

给定密度随机数的生成的通用方法与球面和球体上均匀随机向量的生成法

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数理统计与管理 2006年第5期25卷 622-630页

作者：杨振海陈立萍北京工业大学应用数理学院北京100022

本文首先介绍基于垂直概率密度表示的,给定密度函数的随机数生成的通用方法;然后介绍球面及球体上均匀随机向量的生成算法。

关键词：随机数生成舍选法球面上均匀分布球体上均匀分布

基于深度学习的光电振荡混沌系统建模及FPGA应用

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光学学报 2024年第19期44卷 109-119页

作者：张卓宇蒋林陈博阳冯国豪冯家城闫连山西南交通大学信息科学与技术学院四川成都611756 西南交通大学烟台新一代信息技术研究院山东烟台264001

为了解决传统混沌加密通信系统收发端宽带混沌同步困难的问题,基于长短期记忆(LSTM)网络对光电振荡混沌源进行建模。将混沌人工智能(AI)模型优化剪枝后部署到现场可编程门阵列(FPGA)上,以70 MHz的采样频率驱动数模转换(DAC)芯片实时输... 详细信息

为了解决传统混沌加密通信系统收发端宽带混沌同步困难的问题,基于长短期记忆(LSTM)网络对光电振荡混沌源进行建模。将混沌人工智能(AI)模型优化剪枝后部署到现场可编程门阵列(FPGA)上,以70 MHz的采样频率驱动数模转换(DAC)芯片实时输出混沌波形。与优化前相比,FPGA上的DSP模块资源占用减少了31.7%,Block RAM(BRAM)资源占用减少了58%,计算延时降低了44.4%。通过绘制相图以及添加微小扰动的方法证明了部署后的模型可保持原始光电振荡混沌系统的输出特性。此外,进一步基于最低有效位选择优化的后处理方法,将部署的混沌AI模型用于实时随机数产生,随机数产生速率为70 Mbit/s,所得结果通过了NIST SP 800-22测试。

关键词：混沌光通信随机数生成长短期记忆网络光电振荡器现场可编程门阵列