基于變結(jié)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。實現(xiàn)一個混沌偽隨機序列發(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(shù)字計算機這個性能完善的平臺實現(xiàn)式(5)～式(9)的運算，如可用Matlab，C語言等軟件實現(xiàn)一個混沌偽隨機序列發(fā)生器。也可結(jié)合實際應用在相關信號處理軟硬件平臺上實現(xiàn)混沌偽隨機序列發(fā)生器，如利用DSP芯片對語音或視頻信號進行混沌加密，可在DSP內(nèi)進行上述運算而實現(xiàn)混沌偽隨機序列發(fā)生器，也可利用FPGA硬件平臺實現(xiàn)這種偽隨機序列發(fā)生器。本文不側(cè)重利用何種平臺，如何實現(xiàn)混沌偽隨機序列發(fā)生器，而是著重基于上述變結(jié)構混沌系統(tǒng)的偽隨機序列發(fā)生器性能的測試。為此，選擇Matlab求解變結(jié)構混沌系統(tǒng)，通過實現(xiàn)式(5)～式(9)的運算產(chǎn)生一系列偽隨機序列，提取序列并進行序列的隨機性統(tǒng)計測試。
描述一個序列隨機性統(tǒng)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，顯式地說明一個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。
該測試包評價序列性能好壞有兩項指標：其一是通過率，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(jù)各組每次測試的P-value值是否大于測試水平α=0．01來計算通過率。若各次測試的通過率在可信性區(qū)間
內(nèi)，其中
1-a，則可說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，則說明P-value值是均勻分布的。在Linux操作系統(tǒng)環(huán)境下進行測試。通過編程將變結(jié)構混沌系統(tǒng)進行離散迭代運算來產(chǎn)生數(shù)字混沌序列，然后將產(chǎn)生的二進制數(shù)字序列保存為txt文檔，并通過測試指令調(diào)用軟件包對txt文檔中的序列進行測試，測試由STS軟件包自動完成，并生成測試報告。基于變結(jié)構混沌系統(tǒng)產(chǎn)生的偽隨機序列的測試結(jié)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://2s4d.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值測試不滿足P-valueT>0．000 1的條件，這說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(xiàn)為分布均勻。若從通過率來分析，取顯著水平α=0．01，那么根據(jù)通過率可信區(qū)間的計算公式
可得，當PROPORTION的值落在(0．980 560 8，0．999 439 2)區(qū)間內(nèi)時，表明序列通過該測試項，反之則為不通過。表1測試結(jié)果顯示序列在所有測試中其結(jié)果均落在可信區(qū)間之內(nèi)，所有指標均通過該項測試。
3 結(jié)論
為產(chǎn)生性能良好的偽隨機序列，本文構造了一個新的變結(jié)構混沌系統(tǒng)。該系統(tǒng)在一個開關函數(shù)控制下自動地在兩個混沌子系統(tǒng)之間隨時問隨機地轉(zhuǎn)換，所產(chǎn)生的混沌信號是兩個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(jié)構混沌系統(tǒng)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)生的偽隨機序列進行了測試，序列通過率全部通過了測試，序列的均勻性只有一項未通過測試。測試結(jié)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、信息加密等領域之中。
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