第1008章 随机数生成器测试优化（1 / 1）

卷首语

1965 年 2 月，“73 式” 密钥动态生成器原型初步成型后，研发团队敏锐意识到：随机数作为动态密钥 “不可预测性” 的核心来源，其性能直接决定密钥安全等级 —— 虽前期基础测试中随机数重复率、游程特性达标，但在野战复杂电磁环境下，仍存在被敌方通过统计分析预测的潜在风险。此时，通过 1000 次规模化测试定位短板、优化算法，成为提升随机数不可预测性的关键举措。这场为期 10 天的测试优化，不仅将随机数的抗预测能力提升 30%，更形成 “测试 - 分析 - 优化 - 验证” 的随机数性能迭代范式，为 “73 式” 动态密钥的实战安全性筑牢最后一道防线。

一、测试优化的背景与核心目标

随机数生成器原型（基于 3AG1 晶体管噪声源）虽通过前期基础测试（10 万组随机数重复率 0.0001%），但陈工团队在电磁干扰模拟测试中发现：当遭遇 500V/m 强电磁信号时，随机数序列中 “0”“1” 分布偏差从 ±0.02% 扩大至 ±0.05%，虽仍符合安全要求，却暴露出复杂环境下随机特性不稳定的隐患，需通过规模化测试进一步优化。

基于动态密钥安全需求，团队明确测试优化三大核心目标：一是通过 1000 次连续生成测试，定位随机数在分布均匀性、游程长度、抗干扰性上的短板；二是优化算法与硬件，使优化后随机数 “0”“1” 分布偏差≤±0.02%（强电磁环境下≤±0.03%），最长游程长度≤14 位，抗预测成功率≤0.0001%；三是确保优化后生成器功耗、体积不变，适配野战设备集成需求（功耗≤2W，电路板尺寸≤10cm×15cm）。

测试优化工作由陈工牵头（随机数生成器研发负责人），组建 4 人专项小组：陈工（整体方案设计，把控优化方向）、马工（测试执行，负责数据采集与分析）、王工（硬件适配，修改噪声采集电路）、李工（算法支持，设计后置处理逻辑），覆盖 “测试 - 分析 - 硬件 - 算法” 全环节，分工明确且互补。

优化周期规划为 10 天（1965.2.5-1965.2.14），分四阶段：第一阶段（2.5-2.6）设计 1000 次测试方案与指标体系；第二阶段（2.7-2.8）开展初始 1000 次测试，定位问题；第三阶段（2.9-2.12）优化硬件与算法；第四阶段（2.13-2.14）优化后二次 1000 次测试，验证效果，衔接生成器整体集成。

启动前，团队梳理核心约束：测试需覆盖常态与强电磁环境（模拟野战场景）；优化不得增加硬件成本（控制在原预算 800 元内，新增元件成本≤20 元）；生成器生成速度需保持≥1 次 /μs（不影响密钥 30 分钟更新周期），这些约束成为测试优化的重要边界，避免技术冒进。

二、1000 次测试方案的设计与指标体系

马工团队基于随机数安全特性，结合实战场景需求，设计《1000 次随机数生成测试方案》，确保测试覆盖 “常态 - 干扰” 双环境，指标量化可验证、可追溯。

测试环境搭建：分为常态环境（温度 25℃±2℃，湿度 50%±5%，电磁干扰≤10V/m）与强电磁环境（温度 25℃±2℃，湿度 50%±5%，施加 500V/m 电磁信号，干扰频率 100kHz-1MHz，覆盖野战通信频段），两种环境下各开展 500 次测试，每次生成 1 组 32 位随机数，共采集 1000 组（ 位）数据，测试设备采用国产 EMI-1965 型电磁干扰仪与 JT-1 型晶体管参数测试仪，确保环境参数可控且精准。

测试指标体系分为三类，均参考当时军用加密设备标准：一是分布均匀性指标，统计 1000 组数据中 “0”“1” 占比，偏差需≤±0.02%（常态）、≤±0.03%（强电磁），通过 “总位数 ÷2 - 实际‘0’位数” 计算偏差值；二是游程特性指标，记录连续 “0” 或 “1” 的长度（游程），最长游程需≤14 位，且各长度游程数量需符合泊松分布（如 1 位游程理论占比约 50%，2 位游程约 25%）；三是抗重复与抗预测指标，统计 1000 组数据中重复组数（重复率≤0.001%），通过 “滑动窗口预测法”（基于前 8 位预测第 9 位）评估抗预测能力（预测准确率≤0.0001%）。

数据采集与分析工具：采用纸质记录仪实时记录每次生成的 32 位随机数（二进制），标注测试序号、环境类型、生成时间；后期通过 “手动统计 + 机械计算器分析” 计算指标（如 “0”“1” 占比、游程长度），强电磁环境下同步用 SR-8 型示波器观测噪声源输出波形，记录干扰对噪声信号的影响（如波形波动幅度、频率偏移），确保问题可追溯至硬件层面。