基于混合密码算法的随机数发生器

Question

我做的基于混合密码（sm3和sm4）的随机数发生器，产生100组随机数，然后进行NIST性能测试，但不管我怎么弄，产生的随机数都不能保证通过NIST所有指标测试，求解答

Answer 1

引自免费微信小程序：皆我百晓生

为了帮助您解决基于SM3和SM4混合密码算法的随机数发生器在NIST测试中的问题，我们需要从以下几个方面入手：

1. 理解NIST测试：

   • NIST测试包括一系列的统计测试，如频率分析、差分熵、独立性和均匀性等。确保您的随机数生成器满足这些测试要求是关键。

2. 实现混合密码算法：

   • 确保正确实现了SM3和SM4的加密过程，特别是SM3的散列函数和SM4的块加密算法。对于SM3，可能需要使用其输出作为输入到SM4，形成一个迭代的过程。

// 示例代码片段（简化版）
#include "sm3.h" // 假设这是SM3的库
#include "sm4.h" // 假设这是SM4的库

std::vector<uint8_t> sm3_sm4_rng(size_t num_bytes) {
    std::vector<uint8_t> output(num_bytes, 0);
    for (size_t i = 0; i < num_bytes; i += SM3_BLOCK_SIZE) {
        if (i > 0) {
            sm4_encrypt(output.data(), output.data() + i, output.data() + i - SM3_BLOCK_SIZE, key); // 使用SM4
        }
        sm3_hash(output.data() + i, output.data() + i + SM3_BLOCK_SIZE); // 使用SM3
    }
    return output;
}

1. 生成随机数序列：
   • 使用上述混合函数生成100组随机数，并确保每次生成的数据量足够大，以便涵盖各种NIST测试。

std::vector<std::vector<uint8_t>> random_sequences(100);
for (size_t i = 0; i < 100; ++i) {
    random_sequences[i] = sm3_sm4_rng(SIZE_OF_YOUR_CHOICE);
}

1. 执行NIST测试：
   • 使用NIST提供的测试工具或第三方库（如Dieharder、TestU01等）对生成的随机数序列进行评估。

#include "nist_test_library.h" // 假设这是NIST测试库

bool passed_all_tests = true;
for (const auto& sequence : random_sequences) {
    passed_all_tests &= nist_test_suite(sequence).run_all_tests();
}

if (!passed_all_tests) {
    std::cout << "Random number generator failed some NIST tests." << std::endl;
}

1. 优化与调试：
   • 如果测试未通过，可能需要调整SM3和SM4的组合方式，增加更多的迭代，或者考虑使用其他随机数增强技术（如随机数池、Mersenne Twister等）。
   • 检查代码中是否存在潜在的数值溢出、数据混淆错误，以及是否正确处理了边界条件。

请确保在实际开发过程中，根据实际情况调整代码，并参考相关的文档和教程来确保正确性和安全性。如果问题依然存在，可能需要进一步分析具体的测试结果，找出问题所在并针对性地进行改进。