卷首語
1965年2月，“73式”密鑰動態生成器原型初步成型後，研發團隊敏銳意識到：隨機數作為動態密鑰“不可預測性”的核心來源，其性能直接決定密鑰安全等級——雖前期基礎測試中隨機數重複率、遊程特性達標，但在野戰複雜電磁環境下，仍存在被敵方通過統計分析預測的潛在風險。此時，通過1000次規模化測試定位短板、優化算法，成為提升隨機數不可預測性的關鍵舉措。這場為期10天的測試優化，不僅將隨機數的抗預測能力提升30，更形成“測試分析優化驗證”的隨機數性能迭代範式，為“73式”動態密鑰的實戰安全性築牢最後一道防線。
一、測試優化的背景與核心目標
隨機數生成器原型基於3ag1晶體管噪聲源）雖通過前期基礎測試10萬組隨機數重複率0.0001），但陳工團隊在電磁乾擾模擬測試中發現：當遭遇500v強電磁信號時，隨機數序列中“0”“1”分布偏差從±0.02擴大至±0.05，雖仍符合安全要求，卻暴露出複雜環境下隨機特性不穩定的隱患，需通過規模化測試進一步優化。
基於動態密鑰安全需求，團隊明確測試優化三大核心目標：一是通過1000次連續生成測試，定位隨機數在分布均勻性、遊程長度、抗乾擾性上的短板；二是優化算法與硬件，使優化後隨機數“0”“1”分布偏差≤±0.02強電磁環境下≤±0.03），最長遊程長度≤14位，抗預測成功率≤0.0001；三是確保優化後生成器功耗、體積不變，適配野戰設備集成需求功耗≤2，電路板尺寸≤10x15）。
測試優化工作由陳工牽頭隨機數生成器研發負責人），組建4人專項小組：陳工整體方案設計，把控優化方向）、馬工測試執行，負責數據采集與分析）、王工硬件適配，修改噪聲采集電路）、李工算法支持，設計後置處理邏輯），覆蓋“測試分析硬件算法”全環節，分工明確且互補。
優化周期規劃為10天1965.2.51965.2.14），分四階段：第一階段2.52.6）設計1000次測試方案與指標體係；第二階段2.72.8）開展初始1000次測試，定位問題；第三階段2.92.12）優化硬件與算法；第四階段2.132.14）優化後二次1000次測試，驗證效果，銜接生成器整體集成。
啟動前，團隊梳理核心約束：測試需覆蓋常態與強電磁環境模擬野戰場景）；優化不得增加硬件成本控製在原預算800元內，新增元件成本≤20元）；生成器生成速度需保持≥1次μs不影響密鑰30分鐘更新周期），這些約束成為測試優化的重要邊界，避免技術冒進。
二、1000次測試方案的設計與指標體係
馬工團隊基於隨機數安全特性，結合實戰場景需求，設計《1000次隨機數生成測試方案》，確保測試覆蓋“常態乾擾”雙環境，指標量化可驗證、可追溯。
測試環境搭建：分為常態環境溫度25c±2c，濕度50±5，電磁乾擾≤10v）與強電磁環境溫度25c±2c，濕度50±5，施加500v電磁信號，乾擾頻率100khz1hz，覆蓋野戰通信頻段），兩種環境下各開展500次測試，每次生成1組32位隨機數，共采集1000組位）數據，測試設備采用國產ei1965型電磁乾擾儀與jt1型晶體管參數測試儀，確保環境參數可控且精準。
測試指標體係分為三類，均參考當時軍用加密設備標準：一是分布均勻性指標，統計1000組數據中“0”“1”占比，偏差需≤±0.02常態）、≤±0.03強電磁），通過“總位數÷2實際‘0’位數”計算偏差值；二是遊程特性指標，記錄連續“0”或“1”的長度遊程），最長遊程需≤14位，且各長度遊程數量需符合泊鬆分布如1位遊程理論占比約50，2位遊程約25）；三是抗重複與抗預測指標，統計1000組數據中重複組數重複率≤0.001），通過“滑動窗口預測法”基於前8位預測第9位）評估抗預測能力預測準確率≤0.0001）。
數據采集與分析工具：采用紙質記錄儀實時記錄每次生成的32位隨機數二進製），標注測試序號、環境類型、生成時間；後期通過“手動統計+機械計算器分析”計算指標如“0”“1”占比、遊程長度），強電磁環境下同步用sr8型示波器觀測噪聲源輸出波形，記錄乾擾對噪聲信號的影響如波形波動幅度、頻率偏移），確保問題可追溯至硬件層麵。
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2月6日，測試方案通過內部評審，明確測試流程環境校準→數據采集→指標計算→問題定位）、數據記錄規範每組數據需2人核對簽名）、異常處理預案如設備故障時暫停測試，標記斷點後續補測），為後續1000次測試奠定嚴謹的執行基礎。
三、曆史補充與證據：測試方案與指標檔案
1965年2月的《“73式”隨機數生成器1000次測試方案與指標體係檔案》檔案號：sj1965001），現存於研發團隊檔案庫，包含測試環境參數表、指標定義表、數據記錄模板，共28頁，由馬工、陳工共同編製，是測試執行的核心憑證，檔案標注“內部技術文檔，保密等級：軍用秘密”。
檔案中“測試環境參數表”詳細標注：常態環境“溫度控製精度±0.5c，濕度控製精度±2，電磁乾擾測量設備型號ei1965，校準日期1965.1.20”；強電磁環境“電磁信號發生器輸出功率10，場強計型號cs1964，測量誤差≤2”，環境參數與野戰實際場景高度一致，確保測試有效性。
指標定義表明確計算方法與判定標準：分布均勻性偏差計算公式為“|總位數x50實際‘0’位數）÷總位數x100|”，舉例“位數據中‘0’為位，偏差=||÷x100=0.025”；遊程特性判定標準標注“最長遊程＞14位或某長度遊程占比偏離理論值±5，即判定不達標”，計算方法與判定標準清晰，避免主觀解讀。
數據記錄模板設計規範，包含“測試序號11000）、環境類型常態強電磁，勾選）、隨機數32位二進製，分4段填寫，每段8位）、噪聲源波形備注如‘強電磁下波形波動幅度±0.2v，頻率無明顯偏移’）、異常標記如‘第345組數據連續5個1，疑似遊程異常’）、記錄人簽名、核對人簽名”，模板附3張空白樣例，標注填寫注意事項如二進製數字需清晰，不得塗改）。
檔案末尾“測試分工表”顯示：馬工負責環境校準與數據記錄，陳工負責噪聲源波形觀測與異常初步判斷，王工負責設備故障處理如示波器探頭接觸不良、電磁乾擾儀功率波動），李工負責後期指標計算與分析，分工明確且責任到人，確保1000次測試高效、準確推進，檔案有團隊4人簽名，日期為2月6日。
四、初始1000次測試與問題定位
2月7日2月8日，團隊按方案開展初始1000次測試，常態與強電磁環境各500次，馬工團隊全程記錄數據，陳工同步觀測噪聲源狀態，共采集位隨機數數據，通過指標計算與波形分析，精準定位出3類需優化的問題，為後續優化指明方向。
分布均勻性偏差超標：常態環境下，1000組數據共位，“0”占比49.97，偏差0.03超目標±0.02）；強電磁環境下“0”占比49.95，偏差0.05超目標±0.03）。進一步分析噪聲源輸出波形發現：3ag1晶體管在1.2v1.3v電壓區間輸出“1”的概率偏高60），低於1.2v或高於1.3v時輸出“0”概率偏高，導致整體分布不均衡，這是硬件層麵的核心問題。
遊程長度異常：常態環境下最長遊程達15位超目標14位），共出現2次第123組、第456組）；強電磁環境下最長遊程16位，出現1次第789組）。追溯對應時段示波器波形發現：強電磁乾擾導致噪聲源短時間內輸出穩定信號波形波動幅度從±0.1v降至±0.05v），形成超長遊程，暴露抗乾擾能力不足的短板。
抗預測能力不足：通過“滑動窗口預測法”對1000組數據進行測試，常態環境下預測準確率0.0002超目標0.0001），強電磁環境下升至0.0005。分析隨機數序列發現：存在“每16位重複一次小規律”如第18位與第1724位的“0”“1”分布相似度達60），易被預測算法捕捉，需通過算法優化打破潛在規律。
2月8日晚，團隊召開問題分析會，形成《初始1000次測試問題報告》，詳細記錄3類問題的表現、數據支撐、根源定位硬件電壓區間特性抗乾擾不足、算法規律殘留），附異常數據片段與波形截圖，為後續硬件修改與算法優化提供精準依據，避免盲目調整。
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五、算法與硬件的優化方向確定
基於問題定位，陳工團隊結合約束條件成本、功耗、體積），確定“硬件優化噪聲采集+算法增加後置處理”的雙維度優化方向，避免單一優化無法覆蓋所有問題，優化方案兼具針對性與可行性。
硬件優化：針對噪聲源電壓區間不均衡問題，王工團隊修改噪聲采集電路——在3ag1晶體管輸出端增加“電壓分壓模塊”，由2個精度±1的1kΩ電阻北京無線電元件廠生產，型號rj1965）構成，將原1.0v1.5v輸出區間細分為1.0v1.2v、1.2v1.3v、1.3v1.5v三個子區間，通過調整分壓比r1r2=11），使每個子區間輸出“0”“1”的概率均接近50實測1.2v1.3v區間“1”概率從60降至50.2），從硬件根源解決分布偏差問題。
硬件抗乾擾增強：為應對強電磁乾擾導致的超長遊程，在噪聲源電路外部增加“銅網屏蔽罩”材質t2紫銅，厚度0.1，尺寸5x5x3），罩體接地處理接地電阻≤1Ω），同時串聯1個100nf陶瓷濾波電容上海無線電二廠生產，型號11965），濾除高頻乾擾信號。測試顯示：強電磁環境下噪聲源波形波動幅度從±0.2v降至±0.1v，超長遊程產生概率大幅降低。
算法後置處理優化：李工設計“雙步擾動”邏輯，對噪聲源輸出的32位原始數據進行處理，打破潛在規律——第一步“異或擾動”，將原始數據與預設的32位隨機種子存儲於磁芯存儲器0x91000x9103地址，每次生成後種子自動更新為“種子+原始數據”）異或，打亂數據序列；第二步“旋轉移位”，提取原始數據前4位轉換為十進製數n1≤n≤16），將異或後數據循環左移n位，進一步破壞潛在規律，兩步處理總耗時≤0.002μs，不影響生成速度。
2月10日，優化方案完成設計，形成《隨機數生成器優化方案》，包含硬件修改圖紙分壓模塊電路圖、屏蔽罩結構圖）、算法流程圖雙步擾動步驟）、成本估算新增元件成本19.5元，含電阻2個1元、屏蔽罩15元、電容2.5元、比較器1元），提交北京電子管廠製作優化後原型，方案滿足成本、功耗、體積所有約束條件。