确定性随机Bit生成器的使用建议及关键技术

本建议书关注的是使用确定性随机Bit发生器（DRBG）来生成随机数的策略，特别是在需要确保安全性且对随机数质量有高要求的应用场景中。它是在NIST特别出版800-90的背景下编写的，由伊莲巴克和约翰凯尔西等专家合作完成，主要针对美国商业部的技术管理需求。 确定性随机数生成器与非确定性随机数生成器（NRBGs）相对，NRBGs基于物理过程产生不可预测的随机性，而DRBGs则是通过确定性算法，如哈希函数、分组密码算法和数论问题来生成看似随机的数字序列。这些算法的关键在于它们能提供足够的熵（Entropy），即随机性，以满足各种安全应用的需求。 建议书中强调了DRBG的设计原则和实现方法，包括但不限于： 1. **哈希函数**：作为一种核心组件，哈希函数将输入数据转换为固定大小的输出，这个过程是确定性的，但结果的复杂性和看似随机性确保了随机数生成的强度。 2. **分组密码算法**：例如AES（高级加密标准）等，这些算法通过迭代和密钥操作生成伪随机序列，它们的保密性和碰撞抵抗性质对DRBG的随机性至关重要。 3. **数论问题**：利用数学难题如RSA或椭圆曲线密码学中的困难问题作为DRBG的基础，确保即使是最强大的计算能力也无法预测下一个随机比特。 4. **权威性**：文档还提到了权威性和可信度的重要性，即DRBG的设计和实现必须经过严格的测试和审查，如NIST的指导标准，确保生成的随机数满足安全性和统计测试的要求。 5. **术语和定义**：建议书明确了一系列关键术语，如“随机数生成器”、“确定性”与“熵”，以便读者理解整个过程。 6. **功能模型**：详细描述了DRBG的工作原理，包括初始化、生成随机数以及定期的重新种子（reseed）过程，以保持其随机性并应对可能的安全威胁。 7. **标准与规范**：提及了来自加密工具标准和准则的工作组X9的贡献，这些工作对提高DRBG的性能和安全性起到了重要作用。 本建议书是一份实用的指南，旨在为开发者和系统管理员提供关于如何设计和使用DRBG以生成高质量随机数的详细指导，确保在密码学和信息安全领域中的应用能够达到预期的保密性和不可预测性。