KR19990051725A - A method of generating a random number having excellent correlation characteristics - Google Patents
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Abstract
본 발명은 상관특성이 우수한 난수를 효율적으로 발생하는 방법이다.The present invention is a method for efficiently generating random numbers with excellent correlation characteristics.
일반적으로, 난수 발생기는 선형궤환 쉬프트 레지스터(LFSR;Linear Feedback Shift Register)를 결합하여 난수를 발생하는 방법을 사용하는데, 이 때 결합하는 방법은 난수의 비선형성을 높이기 위하여 비선형 함수를 사용한다. 그러나 비선형 함수의 출력 값은 입력과 상관관계를 갖기 때문에 난수로부터 입력 값을 추출할 수 있는 약점을 갖게 된다. 상관면역 함수는 이러한 점을 방지시키지만 모든 선형 함수와 상관면역이 되게 할 수 없기 때문에 충분한 방법이 되지 못한다.Generally, a random number generator combines a linear feedback shift register (LFSR) to generate a random number. In this case, a nonlinear function is used to increase the nonlinearity of the random number. However, since the output value of the nonlinear function is correlated with the input, the input value can be extracted from the random number. The correlated immune function prevents this but does not provide a sufficient way because it can not be correlated with all linear functions.
본 발명에서는 상관면역 함수 중에서 상관면역이 되지 않는 부분과 선형 함수와의 상관관계가 작은 값을 갖는 함수를 생성하는 방법을 설명하고, 이로부터 상관특성이 우수한 난수 발생기를 설계한다. 본 발명에서 제안하는 함수는 설계가 용이할 뿐만 아니라 임의의 차수에 대하여도 존재하기 때문에 난수발생기 설계시 제약 조건을 가지지 않는 난수 발생방법을 제공한다.In the present invention, a method of generating a function having a small correlation between a portion not correlated with immunity and a linear function among correlated immunity functions is described, and a random number generator having excellent correlation characteristics is designed. Since the function proposed in the present invention is not only easy to design but exists for any degree, it provides a method of generating a random number that does not have a constraint in designing a random number generator.
Description
본 발명은 상관특성이 우수한 난수 발생 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a random number generating method excellent in correlation characteristics.
난수를 발생하는 방법으로는 일반적으로 컴퓨터 등에서 많이 사용하는 선형합동발생기(LCM, Linear Congruence Method)와 선형궤환 쉬프트 레지스터(LFSR:Linear Feedback Shift Register)을 이용하는 방법이 있다. 선형합동발생기는 10진 난수를 발생하기에는 효율적이고 적합하지만 비트 관점에서 보면 난수 특성이 취약하며 또한 선형적인 특성으로 인해 중요한 정보를 취급하는데는 적합하지 않다.As a method of generating a random number, there is a method using a linear congruence method (LCM) and a linear feedback shift register (LFSR) which are generally used in computers and the like. Linear joint generators are efficient and suitable for generating decimal random numbers, but they are not suitable for dealing with important information because of their linearity and weak random number characteristics in bit terms.
도 1은 종래 선형궤환 쉬프트 레지스터을 이용한 난수 발생기의 구성도로서, 선형궤환 쉬프트 레지스터을 이용한 난수발생기는 n개의 선형궤환 쉬프트 레지스터(11)과 1개의 비선형 결합함수(13)로 구성된다. 선형궤환 쉬프트 레지스터(11)에 비선형 함수(13)를 사용하는 이유는 선형궤환 쉬프트 레지스터(11)의 선형적인 특성으로 인해 충분한 길이의 난수열을 얻으면 그 다음 난수열을 쉽게 예측할 수 있기 때문이다. 선형궤환 쉬프트 레지스터(11)과 함께 사용되는 비선형 함수(13)의 가장 큰 요구 조건은 출력된 난수열로부터 각 선형궤환 쉬프트 레지스터(11)의 출력을 유추할 수 없어야 한다는 것이다. 즉, (14)신호로부터 (12)신호를 유추할 수 없어야 하는데, 출력으로부터 임의의
상관면역 함수에 대한 종래 기술은 낮은 차수의 벡터 공간에 정의된 상관면역 함수로부터 점차적으로 높은 차수의 벡터 공간 위에 정의된 상관면역 함수를 만드는 방법과 상관면역 함수를 직접 설계하는 방법이 있다. 그러나 이들 기술에 의하여 생성된 함수를 이용한 난수 발생기는 모두 특정한 선형궤환 쉬프트 레지스터의 결합과 상관관계를 갖는다.Conventional techniques for correlated immune functions include a method of creating a correlated immune function defined above a correlated immune function defined in a low order vector space and a gradually higher ordered vector space, and a method of designing a correlated immune function directly. However, all of the random number generators using the functions generated by these techniques have a correlation with the combination of the specific linear feedback shift registers.
현재 정보보호 분야에서 가장 쉽게 발생할 수 있는 난수 발생기는 선형궤환 쉬프트 레지스터이다. 그러나, 선형궤환 쉬프트 레지스터은 각종 통계적인 난수 특성은 우수하지만 선형성으로 인해 단독으로는 사용하지 못한다. 따라서 비선형 부울함수에 의하여 여과(filtering)하거나 여러 개의 선형궤환 쉬프트 레지스터을 비선형으로 결합하여 사용한다. 이때 필연적으로 발생하는 문제가 상관관계이다. 이러한 상관관계를 우수하게 하기 위해서는 상관면역함수를 사용해야 하지만 전체적인 관점에서 보면 완벽한 상관면역 함수 즉, 모든 선형 함수와 상관관계가 없는 함수는 존재하지 않는다. 상관면역 함수는 상관면역도가 증가할수록 상관 특성이 우수해지는데, 반면에 상관면역도가 증가할수록 특정한 선형함수와의 상관값도 커지게 된다.At present, the most easily generated random number generator in the field of information protection is a linear feedback shift register. However, linear feedback shift registers have excellent statistical random number characteristics, but can not be used alone due to linearity. Therefore, it is filtered by a nonlinear Boolean function or several linear feedback shift registers are combined in a nonlinear manner. In this case, the problem that necessarily arises is the correlation. In order to excel in this correlation, correlation inverse functions must be used, but from a global perspective, there is no perfect correlation immune function, that is, a function that is not correlated with all linear functions. The correlated immune function is improved as the correlation surface weight increases. On the other hand, as the correlation surface weight increases, the correlation value with a specific linear function increases.
따라서, 본 발명은 상관면역 함수 중에서 모든 선형함수와의 상관특성이 보편적으로 우수한 즉, 모든 선형함수와도 큰 상관관계를 갖지 않는 상관면역함수를 설계하는 방법을 제시하고 이로부터 상관특성이 우수한 난수 생성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention proposes a method of designing a correlation inverse function having a correlation property with all linear functions in the correlated immunity function that is generally superior to all linear functions, The purpose of the method is to provide.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 서로 다른 차수의 다수의 최대-선형궤환 쉬프트 레지스터를 사용환경에 맞게 초기화하는 단계와, 상기 각 최대-선형궤환 쉬프트 레지스터를 1회 동작하여 출력되는 각 최대-선형궤환 쉬프트 레지스터 비트 중 최종 출력 비트는 상관면역 함수를 이용하여 구하되, 원하는 비트수 만큼 반복하여 난수열을 구하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of controlling a maximum-linear feedback shift register, the method comprising: initializing a plurality of maximum-linear feedback shift registers of different orders according to a usage environment; The final output bits of the linear feedback shift register bits are obtained by using a correlated immunity function, and the random number sequence is repeated for the desired number of bits.
선형궤환 쉬프트 레지스터과 상관면역 함수를 이용한 난수 발생기는 특정한 선형궤환 쉬프트 레지스터과 상관관계를 가지며 이러한 상관관계는 상관면역도가 증가할수록 높아진다. 따라서 상관면역 함수 중에서 일부의 선형 함수와는 상관면역이 되며 다른 함수와는 비교적 작은 상관관계를 균등히 유지하는 함수가 필요하며 이러한 상관면역 함수와 선형궤환 쉬프트 레지스터을 결합하여 사용한 난수발생기는 종래의 난수 발생기에 비해 상관특성이 우수해 진다. 또한, 상관관계가 있는 선형함수의 결합의 개수가 일정한 수(상관면역도, k)보다 크게 되는 방식으로 구성하면 존재하는 상관관계를 이용하여 선형궤환 쉬프트 레지스터의 초기값을 찾기가 어려워진다.A random number generator using a linear feedback shift register and a correlated immune function has a correlation with a particular linear feedback shift register, and the correlation increases as the correlation phase weight increases. Therefore, a function that is correlated with some of the linear functions of the correlation immune function and maintains a relatively small correlation with other functions is required. A random number generator using the correlation immune function and the linear feedback shift register combined is a conventional random number generator The correlation characteristic is excellent. Further, if the number of combinations of linear functions having a correlation is greater than a certain number (correlation immunity, k), it becomes difficult to find the initial value of the linear feedback shift register using the existing correlation.
본 발명을 통하여 임의의 k개의 선형 함수와는 상관면역이고 다른 경우의 선형함수와는 비교적 작은 상관값을 갖는 상관면역 함수를 생성하는 방법을 가능하게 되었고, 이를 이용하여 출력 난수열의로부터 임의의 k개의 선형궤환 쉬프트 레지스터의 결합에 대한 정보는 전혀 구할 수 없고 다른 경우와는 비교적 작은 값을 균등히 갖는 난수 생성자의 실현이 가능하게 되었다.Through the present invention, it has become possible to generate a correlated immune function having a relatively small correlation value with respect to any linear function of k and a correlation function with any of k linear functions, and using this, a random k It is possible to realize a random number generator which can not obtain any information about the combination of the linear feedback shift registers and has a relatively small value even in other cases.
도 1은 종래 선형궤환 쉬프트 레지스터을 이용한 일반적인 난수 생성기의 구조도.1 is a schematic diagram of a conventional random number generator using a conventional linear feedback shift register.
도 2는 본 발명에 따른 상관특성이 우수한 함수 생성 절차 흐름도.FIG. 2 is a flowchart of a function generation procedure having an excellent correlation characteristic according to the present invention. FIG.
도 4는 본 발명에 따른 상관특성이 우수한 난수 발생기 구조도.4 is a schematic diagram of a random number generator having an excellent correlation characteristic according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 상관특성이 우수한 난수 생성방법의 흐름도.4 is a flowchart of a random number generation method having superior correlation characteristics according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>Description of the Related Art
11 : 선형궤환 쉬프트 레지스터 13 : 비선형 결합함수11: linear feedback shift register 13: nonlinear coupling function
31 : 최대-선형궤환 쉬프트 레지스터 33 : 상관면역 함수31: maximum-linear feedback shift register 33: correlated immunity function
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 n차 벡터공간 위에 정의된 k차 상관면역 함수 중에서 k보다 많은 임의의 선형함수와 비교적 작은 상관관계를 균등히 갖는 함수를 생성하는 절차를 나타내는 흐름도이다. n을 4 이상의 정수라 하고(21) k를 1 이상이면서 n-3 이하의 정수라 하며(22), m을 1 이상이면서 n-k 이하의 정수로서 아래 [수학식 1]을 만족하는 최대 정수로 한다(23).Fig. 2 is a flow chart illustrating a procedure for generating a function having even relatively small correlation with any linear function greater than k in the k-order correlation immunity function defined on the n-th order vector space. (21) k is a positive integer not less than 1 but not more than n-3 (22), m is an integer equal to or greater than 1 and equal to or less than nk, and is a maximum integer satisfying the following expression (1) ).
로 구성한다(26). 여기서 y는 m차 벡터 공간위에, 그리고 x는 n-m차 벡터공간 위에 정의되었으며 f는 n차 벡터공간 위에 정의된 부울함수이다(25). 이렇게 정의된 함수는 k차 상관면역 함수이며 즉, k 이하의 임의의 선형함수의 결합과 상관관계가 존재하지 않으며, 상관면역이 되지 않는 선형함수와는 모두 동일한(작은) 상관값을 갖는다.(26). Where y is defined on the m-th vector space and x is defined on the n-m-th vector space and f is a Boolean function defined on the n-th vector space (25). This defined function is a k-order correlation immune function, that is, it has no correlation with any combination of linear functions below k and has a (small) correlation value that is the same as that of a linear function that does not become a correlated immunity.
도 3은 본 발명에 따른 n개의 선형궤환 쉬프트 레지스터과 상관면역 함수 f로 구성된 난수 발생기 구성도이다.3 is a block diagram of a random number generator constructed from n linear feedback shift registers and a correlation immune function f according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 난수 발생 동작과정을 흐름도로서, 먼저 서로 다른 차수의 m-LFSR(maximal length-LFSR) n개(
이때, 출력되는 난수열
상술한 바와같이 상관관계를 고려한 기존의 난수발생기는 상관면역이 되지 않는 입력과의 높은 상관 관계를 갖는다는 특성에 의하여 안전하지 못했으며, 이를 해결하기 위해서는 시각제어 논리 등을 도입해야 하기 때문에 구현상의 문제가 발생한다. 그러나, 본 발명은 이를 효율적으로 해결하는 것이 가능해졌다. 본 발명은 n개의 선형궤환 쉬프트 레지스터과 함수 1개로 구성되었기 때문에 하드웨어뿐만 아니라 소프트웨어로의 구현도 용이하므로 안전한 난수발생기 설계에 많이 이용될 수 있다.As described above, the conventional random number generator considering the correlation has a high correlation with the input that is not correlated with immunity. Therefore, to solve this problem, it is necessary to introduce visual control logic. A problem arises. However, the present invention can solve this problem efficiently. Since the present invention is composed of n linear feedback shift registers and one function, it can be used not only in hardware but also in software, so that it can be widely used for designing a secure random number generator.
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