基于變結構混沌的偽隨機序列發(fā)生器
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式(5)～式(9)描述了混沌偽隨機序列發(fā)生器設計的核心算法。實(shí)現一個(gè)混沌偽隨機序列發(fā)生器可借助于軟件和硬件平臺。如果為計算機或其他軟件提供偽隨機序列，可借助數字計算機這個(gè)性能完善的平臺實(shí)現式(5)～式(9)的運算，如可用Matlab，C語(yǔ)言等軟件實(shí)現一個(gè)混沌偽隨機序列發(fā)生器。也可結合實(shí)際應用在相關(guān)信號處理軟硬件平臺上實(shí)現混沌偽隨機序列發(fā)生器，如利用DSP芯片對語(yǔ)音或視頻信號進(jìn)行混沌加密，可在DSP內進(jìn)行上述運算而實(shí)現混沌偽隨機序列發(fā)生器，也可利用FPGA硬件平臺實(shí)現這種偽隨機序列發(fā)生器。本文不側重利用何種平臺，如何實(shí)現混沌偽隨機序列發(fā)生器，而是著(zhù)重基于上述變結構混沌系統的偽隨機序列發(fā)生器性能的測試。為此，選擇Matlab求解變結構混沌系統，通過(guò)實(shí)現式(5)～式(9)的運算產(chǎn)生一系列偽隨機序列，提取序列并進(jìn)行序列的隨機性統計測試。
描述一個(gè)序列隨機性統計性能的指標有多種，但目前應用最廣的是NIST(National Institute of Standardsand Technology，美國國家技術(shù)與標準局)標準。NIST推出2．0版本的測試軟件包STS是當前最具權威的一種隨機性檢測工具，它為研究人員提供了一種量化的報告，顯式地說(shuō)明一個(gè)偽隨機序列性能的好壞。STS-2．0b是當前最新的軟件包版本，由十五項核心測試指標組成。
該測試包評價(jià)序列性能好壞有兩項指標：其一是通過(guò)率，另一項是P-value分布的均勻性。測試獨立生成的m組隨機序列，依據各組每次測試的P-value值是否大于測試水平α=0．01來(lái)計算通過(guò)率。若各次測試的通過(guò)率在可信性區間
內，其中
1-a，則可說(shuō)明此次測試算法的信任度高。對于P-value分布均勻性，若P-valueT>0．000 1，則說(shuō)明P-value值是均勻分布的。在Linux操作系統環(huán)境下進(jìn)行測試。通過(guò)編程將變結構混沌系統進(jìn)行離散迭代運算來(lái)產(chǎn)生數字混沌序列，然后將產(chǎn)生的二進(jìn)制數字序列保存為txt文檔，并通過(guò)測試指令調用軟件包對txt文檔中的序列進(jìn)行測試，測試由STS軟件包自動(dòng)完成，并生成測試報告?；谧兘Y構混沌系統產(chǎn)生的偽隨機序列的測試結果如表1所示，序列共有100000000 b，以每組100000 b分為1 000組。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/193646.htm
從表1中P-value這一列看出，序列僅在FFT這一項中的P-value值測試不滿(mǎn)足P-valueT>0．000 1的條件，這說(shuō)明序列在該項測試中的P-value值分布不均勻，在其余14項測試中表現為分布均勻。若從通過(guò)率來(lái)分析，取顯著(zhù)水平α=0．01，那么根據通過(guò)率可信區間的計算公式
可得，當PROPORTION的值落在(0．980 560 8，0．999 439 2)區間內時(shí)，表明序列通過(guò)該測試項，反之則為不通過(guò)。表1測試結果顯示序列在所有測試中其結果均落在可信區間之內，所有指標均通過(guò)該項測試。
3 結論
為產(chǎn)生性能良好的偽隨機序列，本文構造了一個(gè)新的變結構混沌系統。該系統在一個(gè)開(kāi)關(guān)函數控制下自動(dòng)地在兩個(gè)混沌子系統之間隨時(shí)問(wèn)隨機地轉換，所產(chǎn)生的混沌信號是兩個(gè)不同的混沌信號的混合，因而具有較好的復雜性。利用該變結構混沌系統設計了一種偽隨機序列發(fā)生器，基于NIST標準和STS-2．0b測試套件對其產(chǎn)生的偽隨機序列進(jìn)行了測試，序列通過(guò)率全部通過(guò)了測試，序列的均勻性只有一項未通過(guò)測試。測試結果表明，該偽隨機序列發(fā)生器具有良好的隨機性能，可應用于計算機、通信、信息加密等領(lǐng)域之中。
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