具有混沌種子之多重遞迴產生器的真亂數產生器(I)

資訊安全在這個通訊頻繁的現代生活中益顯得格外重要。近年來，個人隱私及個人資料的保密受到高度的重視。再加上智慧型手機高速資訊交換及顯像的功能大大提昇，醫院中的高速無線傳輸系統將指日可待。這個互動系統將可提供有權限的下載，可將病人的 X光片、內視鏡錄影、電腦斷層掃瞄圖、MRI影像等即時上載醫院系統，讓醫護人員查閱，以便作出即時正確的判斷。也提供醫護人員和病人及家屬討論病情及建議治療方法時的依據，甚或在緊急情況下提供轉院時病人即時的資訊。在快速且安全的雙重前提下。高輸出率且難預測的亂數產生器是急切需要的。要設計一亂數產生器(Random Number Generator)同時符合快速及高安全度的需求是非常具有挑戰性的。因為偽亂數產生器(Pseudo Random Number Generator)具有高速及良好的統計特性，但它的限制就在於它是可以被預測的。另一方面，真亂數產生器(True Random Number Generator)具有高安全度但也容易受環境的影響而使得所產生出來的亂數特性並無法通過美國中央標準局(NIST)提供的檢測(SP800-22)。其原因在於，真亂數產生器是利用自然環境中物理現象的不確定性產生亂數，例如熱噪音、超導材料、及鎖相迴路所產生之時脈訊號的抖動(jitter)等。但也正因為它對環境的變動敏感，所以很容易造成產生出來的亂數存在一個偏差值。換句話說，也就是亂數變得「不亂」了。因為好的亂數基本上是下一個數是空間中任一個解，假設有偏差的話，它下一個數出現的機率就不一樣了。真亂數產生器的另一項限制是亂數產生的速度不夠快，因為它產生的過程中必須包含到類比數位的轉換。本實驗室在 2012年發表了一個重植-混合的方法，在過程中發現，偽亂數產生器的亂度取決於種子的亂度。所以本計畫將更進一步根據前面的基礎，將利用鎖相迴路取得時脈訊號的抖動的訊號當作我們的種子。再將種子放入多重遞迴產生器進行亂數的產生。在駭客尚未收集到夠多的資料來破解之前，我們就再換種子使得駭客疲於奔命卻徒勞無功。此計劃將在以下的三個點上提出具體的實行方法。第一，先提出亂數產生器不可預測性的評估指標，評估其安全度。亦即我方要多久去更新種子才能確保其安全度。第二，設計一鎖相迴路產生種子，其中將會包括類比數位的轉換功能。第三，將種子送到邏輯斯諦映射(Logistic map)中去快速生成混沌種子序列，再將序列送至多重遞迴產生器去生成統計特性好的亂數。在新架構中，一方面大大降低生成的亂數被預測中的機率，一方面又確保亂數良好的統計特性。盼望造成一個雙贏的局面。最後以本研究之不易預測及具有良好統計特性的亂數產生器，以提供金搭配長庚大學先進之高速無線電路設計進行系統整合，以期達成高速並安全的無線傳輸。

系統編號:PB10308-3451
原計畫編號:MOST103-2221-E182-072