非重叠模块匹配检验：电子工程师的关键测试技术

非重叠模块匹配检验是电子工程师在设计和测试元器件及通信系统中常用的一种技术，特别是在随机数生成器的性能评估中。这项检测的目的是确保数据串中出现的预设模式（m-bit）数量符合预期，避免非周期模式过多。它通过使用一个m-bit窗口在数据串中搜索目标模式，如果未找到，窗口会向后移动一位；一旦找到，窗口移动到模式后继续搜索。 函数NonOverlappingTemplateMatching（m，n）接受几个关键参数： 1. `m`：目标数据串的长度，即每个模块的长度。 2. `n`：待测数据串的总长度，用于决定如何分割成子块。 3. `ε`：一个随机或伪随机码序列，用作搜索的干扰。 4. `B`：m-bit模块，是预先定义好的、要在数据中查找的模式。 5. `M`：子块的长度，这里是固定的，例如131,072位。 6. `N`：独立子块的数量，比如8个，用于划分待测数据。 检验统计量是对检测到的模块数与期望模块数之间差异的度量，它的标准分布是基于一定的理论假设，如在大量数据下，通常接近某种已知的分布形式。在这个过程中，首先将待测序列切割成N个大小为M的子块，然后计算每个子块中B模块出现的次数，这有助于识别潜在的非随机模式。 例如，如果n=20，N=2，M=10，将数据分割为两个子块1010010010和1110010110，对每个子块进行B模块的匹配检查。 NIST随机数测试套件包含了16种不同的测试手段，其中非重叠模块匹配检验是其中之一。这项测试关注的是序列中是否存在特定模式的重复，这对于确保随机数生成器的输出具有良好的随机性和均匀性至关重要。通过这种方法，工程师能够验证生成器是否符合随机数生成的统计特性，从而确保其在安全性和通信系统中的可靠应用。 在执行这项检验时，计算的检验统计量`sobs`与序列长度的关系以及正态或半正态分布的使用，都遵循特定的数学原理。如果序列是随机的，`sobs`值应该接近于零；若出现偏差，可能是序列中存在非随机模式，这将影响后续的随机性评估。因此，这种检验是评估随机数生成器质量的关键步骤。