随机数实验报告.doc

云南大学软件学院实 验 报 告姓名： 学号： 班级： 信息安全 日期： 成绩： 课程名称 信息安全技术 实验项目随机数产生实验目的 利用密码技术或者专门的随机数产生算法产生随机数，并对产生的随机数进行统计分析实验内容（算法、程序、步骤和方法）1) 设计一种随机数算法利用上学期在密码技术中学到的RC4加密算法来实现此次随机数生成，此次实验主要用到的是RC4密钥流的产生过程。RC4每次生成一个0-255（8bit）的数字，本次统计随机数是将这个8bit的数字，分为两个4bit（0-15）的随机数来统计，统计的随机数的范围是从0-15。2) 实现该随机数算法主要是利用RC4算法，该算法的原理和核心代码将在下面详细阐述：初始化S：开始时，S中元素的值被置为按升序从0-255（unsigned char型），即S【0】=0，.，S【255】=255。同时建立一个临时向量T。设密钥长度为keylen字节，讲K的值赋给T的前kenlen个元素，并循环重复用K的值赋给T剩下的元素，直至T全部被赋值。具体实现过程如下：/-初始化S数组和T数组 unchar S256=0;unchar T256=0;for(int i=0;i256;i+)Si=i;Ti=Ki%keylen;/循环复用K 然后用T长生的S的初始置换，从S【0】到S【255】，对每个S【i】，根据由T【i】确定的方案，将S【i】置换为S【i】中的另一字节，具体实现如下：/-用T数组影响S数组 int j=0;int i;for(i=0;i256;i+)j=(j+Si+Ti)%256;Swap(&Si,&Sj);向量S一旦完成初始化，输入密钥就不再被使用。密钥流的生成是从S【0】到S【255】，对每个S【i】，根据当前S的值，将S【i】与S中的另一个字节置换。当S【255】完成置换后，操作继续重复从S【0】开始：/-随机数的产生 i=0;j=0;int cMAX=0;/用来保存随机序列 for(int n=0;nMAX;n+)unchar t;/用来临时存储随机数的下标 unchar k;/产生的随机序列（一个字节）如：2f i=(i+1)%256;j=(j+Si)%256;Swap(&Si,&Sj);t=(Si+Sj)%256;k=St; printf(%x,k);/以16机制形式显示在屏幕上 cn=k;/将生成的随机序列保存到数组cn中 3) 对该算法产生的随机数进行统计，分析其效果统计随机数的时候，一定要注意把生成的一个unsigned char的数字当成两个随机数统计，比如生成的数字时6b（16进制），就要当成6和b两个数字统计。具体的统计过程的核心代码如下： /-统计次数和频率 int n16;/用来存储随机数（0-15）的次数 float f16;/用来存储随机数（0-15）的频率 for(int i=0;i16;i+)/初始化次数和频率 ni=0;fi=0.0;统计次数的这一个模块非常重要，一定要把生成的数据（unsigned char型）的数据当成两个随机数字来读，具体过程如下：for(int i=0;iMAX;i+)/统计次数 unchar temp=(unchar)ci;for(int j=0;j2;j+)/先读低四位的16进制数，再读高四位的16机制数 int p=0;p=temp%16;/低四位的16进制数，第二次循换就是高四位的16进制数 temp=temp/16;/得到高四位的16机制数 np+;/对应次数加1 printf(n);for(int i=0;i16;i+)/计算频率 fi=(float)ni/(MAX*2);/因为生成的是MAX个8bit的数据，换成16进制（4bit）/就是2MAX个16进制的数字了for(int k=0;k16;k+)printf(%2d出现的次数为：%2d , ,k,nk);printf(%2d出现的频率为：%fn,k,fk);最后看看每个随机数出现了多少次，和随机数出现的次数在总的数字里占的比例。看看每个随机数的次数和频率是否大致相等。比较接近就可以证明是随机的。下面的数据记录和计算模块，将会对统计结果进行详细说明。数据记录和计算 当从键盘输入“abcd”的初始向量时，产生的2*MAX（即20000）随机数情况如下：0-15的次数和频率如下：从上述的统计结果可以看书0-15出现的次数大致都为1200多，频率大致都为0.06多，结果都比较接近。再来测一组数据，从键盘输入“12eh5”的初始向量时，产生的2*MAX（即20000）随机数情况如下：0-15的次数和频率如下：从上述的统计结果可以看书0-15出现的次数大致都为1200多，频率大致都为0.06多，结果都比较接近。之后又测了N多组数据，每组数据的0-15的次数和频率都大致相等，这里就不一一展示了。从这N组数据的统计结果中，可以看出此次生成的这个20000个数字时随机产生的，符合随机数的定义。结 论（结 果）1、 本次实验用以前学过的密码技术实验中的RC4算法产生密钥流的思想来生成随机数。2、 通过统计每个随机数出现的次数和频率来判断是否是随机序列。3、 观察出现的次数和频率大致相近，可以判断此次实验中产生的序列是随机序列。源代码#include #include #include #define MAX 10000 typedef unsigned char unchar;/交换函数，用来交换两个变量 void Swap(unchar *a,unchar *b)unchar temp;temp=*a;*a=*b;*b=temp;int main()/-RC4-/ char *K=0x00;char *key;printf(please input key:);scanf(%s,key);K=key;/密钥数组，相当于种子 int keylen;keylen=strlen(K);/-初始化S数组和T数组 unchar S256=0;unchar T256=0;for(int i=0;i256;i+)Si=i;Ti=Ki%keylen;/循环复用K /-用T数组影响S数组 int j=0;int i;for(i=0;i256;i+)j=(j+Si+Ti)%256;Swap(&Si,&Sj);/-随机数的产生 i=0;j=0;int cMAX=0;/用来保存随机序列 for(int n=0;nMAX;n+)unchar t;/用来临时存储随机数的下标 unchar k;/产生的随机序列（一个字节）如：2f i=(i+1)%256;j=(j+Si)%256;Swap(&Si,&Sj);t=(Si+Sj)%256;k=St; printf(%x,k);/以16机制形式显示在屏幕上 cn=k;/将生成的随机序列保存到数组cn中 /-RC4-/-统计次数和频率 int n16;/用来存储随机数（0-15）的次数 float f16;/用来存储随机数（0-15）的频率 for(int i=0;i16;i+)/初始化次数和频率 ni=0;fi=0.0;for(int i=0;iMAX;i+)/统计次数 unchar temp=(unchar)ci;for(int j=0;j2;j+)/先读低四位的16进制数，再读高四位的16机制数 int p=0;p=temp%16;/低四位的16进制数，第二次循换就是高四位的16进制数 temp=temp/16;/得到高四位的16机制数 np+;/对应次数加1 printf(n);for(int i=0;i16;i+)