STM32微控制器随机数生成验证：NIST统计测试实战

"这篇应用笔记详细介绍了如何使用NIST（国家技术标准委员会）的统计测试集SP800-22rev1a和SP800-90b来验证STM32微控制器内置随机数生成器（RNG）的性能。STM32系列包括F2、F4、F7、H7、L0、L4、L4+、H7A3/7B3、H7B0和L5等型号的微控制器，这些产品的RNG功能将接受NIST的严格统计检验，以确保其随机性。文档内容涵盖了STM32 MCU RNG的概述、NIST SP800-22b和SP800-90b测试集的介绍以及如何执行和分析这些测试的步骤。" STM32微控制器随机数发生器概述 STM32系列微控制器内部集成了一种硬件随机数发生器，它基于物理不可预测的事件，如电路噪声，以生成看似无规律的数字序列。这些随机数对于许多安全应用至关重要，如加密算法、密钥生成和密码学协议。STM32的RNG外设设计遵循相关安全标准，确保输出的随机性。 NIST SP800-22b测试集 NIST SP800-22b是一套全面的统计测试，用于评估随机数生成器的随机性和质量。这套测试包括多个子测试，如频率测试、块频测试、运行测试、偏斜测试、聚类测试、最长运行长度测试、等价类划分测试、二进制矩阵相关测试、循环结构测试和复杂度测试。通过这些测试，可以检查随机数序列是否存在任何可识别的模式或偏倚。 运行NIST SP800-22b测试和分析 执行NIST SP800-22b测试通常涉及以下步骤： 1. 首先，从STM32微控制器的RNG获取足够数量的随机数样本。 2. 然后，将这些样本输入到NIST的测试软件中，该软件将对样本进行一系列的统计检验。 3. 最后，根据测试结果生成报告，评估RNG的性能。如果所有测试均通过，那么可以认为STM32的RNG符合NIST的随机性要求。 NIST SP800-90b测试集 与SP800-22b相比，SP800-90b更专注于确定熵源的质量和熵速率，这对于安全关键应用尤其重要。它包含熵检测、自适应自举测试、直方图测试等，旨在验证RNG的输出是否具有足够的不可预测性和均匀性。 运行NIST SP800-90b测试和分析 执行SP800-90b测试的过程类似，但可能需要更深入地分析RNG的熵源和熵积累过程。测试结果将提供关于STM32 RNG性能的详细信息，帮助开发者确保其在实际应用中的安全性。 通过NIST的这些测试，开发者和工程师能够确认STM32微控制器的随机数生成器是否满足安全标准，为基于STM32的系统提供可靠的随机数据，这对于保障通信安全和数据保护至关重要。这些测试不仅有助于在产品开发阶段验证RNG，而且也是持续监控和评估RNG性能的重要工具。