卷首语
1965 年 2 月，“73 式” 密钥动态生成器原型初步成型后，研发团队敏锐意识到：随机数作为动态密钥 “不可预测性” 的核心来源，其性能直接决定密钥安全等级 —— 虽前期基础测试中随机数重复率、游程特性达标，但在野战复杂电磁环境下，仍存在被敌方通过统计分析预测的潜在风险。此时，通过 1000 次规模化测试定位短板、优化算法，成为提升随机数不可预测性的关键举措。这场为期 10 天的测试优化，不仅将随机数的抗预测能力提升 30%，更形成 “测试 - 分析 - 优化 - 验证” 的随机数性能迭代范式，为 “73 式” 动态密钥的实战安全性筑牢最后一道防线。
一、测试优化的背景与核心目标
随机数生成器原型（基于 3AG1 晶体管噪声源）虽通过前期基础测试（10 万组随机数重复率 0.0001%），但陈工团队在电磁干扰模拟测试中发现：当遭遇 500V\/m 强电磁信号时，随机数序列中 “0”“1” 分布偏差从 ±0.02% 扩大至 ±0.05%，虽仍符合安全要求，却暴露出复杂环境下随机特性不稳定的隐患，需通过规模化测试进一步优化。
基于动态密钥安全需求，团队明确测试优化三大核心目标：一是通过 1000 次连续生成测试，定位随机数在分布均匀性、游程长度、抗干扰性上的短板；二是优化算法与硬件，使优化后随机数 “0”“1” 分布偏差≤±0.02%（强电磁环境下≤±0.03%），最长游程长度≤14 位，抗预测成功率≤0.0001%；三是确保优化后生成器功耗、体积不变，适配野战设备集成需求（功耗≤2w，电路板尺寸≤10cmx15cm）。
测试优化工作由陈工牵头（随机数生成器研发负责人），组建 4 人专项小组：陈工（整体方案设计，把控优化方向）、马工（测试执行，负责数据采集与分析）、王工（硬件适配，修改噪声采集电路）、李工（算法支持，设计后置处理逻辑），覆盖 “测试 - 分析 - 硬件 - 算法” 全环节，分工明确且互补。
优化周期规划为 10 天（1965.2.5-1965.2.14），分四阶段：第一阶段（2.5-2.6）设计 1000 次测试方案与指标体系；第二阶段（2.7-2.8）开展初始 1000 次测试，定位问题；第三阶段（2.9-2.12）优化硬件与算法；第四阶段（2.13-2.14）优化后二次 1000 次测试，验证效果，衔接生成器整体集成。
启动前，团队梳理核心约束：测试需覆盖常态与强电磁环境（模拟野战场景）；优化不得增加硬件成本（控制在原预算 800 元内，新增元件成本≤20 元）；生成器生成速度需保持≥1 次 \/μs（不影响密钥 30 分钟更新周期），这些约束成为测试优化的重要边界，避免技术冒进。
二、1000 次测试方案的设计与指标体系
马工团队基于随机数安全特性，结合实战场景需求，设计《1000 次随机数生成测试方案》，确保测试覆盖 “常态 - 干扰” 双环境，指标量化可验证、可追溯。
测试环境搭建：分为常态环境（温度 25c±2c，湿度 50%±5%，电磁干扰≤10V\/m）与强电磁环境（温度 25c±2c，湿度 50%±5%，施加 500V\/m 电磁信号，干扰频率 100khz-1mhz，覆盖野战通信频段），两种环境下各开展 500 次测试，每次生成 1 组 32 位随机数，共采集 1000 组（ 位）数据，测试设备采用国产 EmI-1965 型电磁干扰仪与 Jt-1 型晶体管参数测试仪，确保环境参数可控且精准。
测试指标体系分为三类，均参考当时军用加密设备标准：一是分布均匀性指标，统计 1000 组数据中 “0”“1” 占比，偏差需≤±0.02%（常态）、≤±0.03%（强电磁），通过 “总位数 ÷2 - 实际‘0’位数” 计算偏差值；二是游程特性指标，记录连续 “0” 或 “1” 的长度（游程），最长游程需≤14 位，且各长度游程数量需符合泊松分布（如 1 位游程理论占比约 50%，2 位游程约 25%）；三是抗重复与抗预测指标，统计 1000 组数据中重复组数（重复率≤0.001%），通过 “滑动窗口预测法”（基于前 8 位预测第 9 位）评估抗预测能力（预测准确率≤0.0001%）。
数据采集与分析工具：采用纸质记录仪实时记录每次生成的 32 位随机数（二进制），标注测试序号、环境类型、生成时间；后期通过 “手动统计 + 机械计算器分析” 计算指标（如 “0”“1” 占比、游程长度），强电磁环境下同步用 SR-8 型示波器观测噪声源输出波形，记录干扰对噪声信号的影响（如波形波动幅度、频率偏移），确保问题可追溯至硬件层面。
2 月 6 日，测试方案通过内部评审，明确测试流程（环境校准→数据采集→指标计算→问题定位）、数据记录规范（每组数据需 2 人核对签名）、异常处理预案（如设备故障时暂停测试，标记断点后续补测），为后续 1000 次测试奠定严谨的执行基础。
三、历史补充与证据：测试方案与指标档案
1965 年 2 月的《“73 式” 随机数生成器 1000 次测试方案与指标体系档案》（档案号：SJ-1965-001），现存于研发团队档案库，包含测试环境参数表、指标定义表、数据记录模板，共 28 页，由马工、陈工共同编制，是测试执行的核心凭证，档案标注 “内部技术文档，保密等级：军用秘密”。
档案中 “测试环境参数表” 详细标注：常态环境 “温度控制精度 ±0.5c，湿度控制精度 ±2%，电磁干扰测量设备型号 EmI-1965，校准日期 1965.1.20”；强电磁环境 “电磁信号发生器输出功率 10w，场强计型号 cS-1964，测量误差≤2%”，环境参数与野战实际场景高度一致，确保测试有效性。
指标定义表明确计算方法与判定标准：分布均匀性偏差计算公式为 “|（总位数 x50% - 实际‘0’位数）÷ 总位数 x100%|”，举例 “ 位数据中‘0’为
位，偏差 =|-|÷x100%=0.025%”；游程特性判定标准标注 “最长游程＞14 位或某长度游程占比偏离理论值 ±5%，即判定不达标”，计算方法与判定标准清晰，避免主观解读。
数据记录模板设计规范，包含 “测试序号（1-1000）、环境类型（常态 \/ 强电磁，勾选）、随机数（32 位二进制，分 4 段填写，每段 8 位）、噪声源波形备注（如‘强电磁下波形波动幅度 ±0.2V，频率无明显偏移’）、异常标记（如‘第 345 组数据连续 5 个 1，疑似游程异常’）、记录人签名、核对人签名”，模板附 3 张空白样例，标注填写注意事项（如二进制数字需清晰，不得涂改）。
档案末尾 “测试分工表” 显示：马工负责环境校准与数据记录，陈工负责噪声源波形观测与异常初步判断，王工负责设备故障处理（如示波器探头接触不良、电磁干扰仪功率波动），李工负责后期指标计算与分析，分工明确且责任到人，确保 1000 次测试高效、准确推进，档案有团队 4 人签名，日期为 2 月 6 日。
四、初始 1000 次测试与问题定位
2 月 7 日 - 2 月 8 日，团队按方案开展初始 1000 次测试，常态与强电磁环境各 500 次，马工团队全程记录数据，陈工同步观测噪声源状态，共采集
位随机数数据，通过指标计算与波形分析，精准定位出 3 类需优化的问题，为后续优化指明方向。
分布均匀性偏差超标：常态环境下，1000 组数据共
位，“0” 占比 49.97%，偏差 0.03%（超目标 ±0.02%）；强电磁环境下 “0” 占比 49.95%，偏差 0.05%（超目标 ±0.03%）。进一步分析噪声源输出波形发现：3AG1 晶体管在 1.2V-1.3V 电压区间输出 “1” 的概率偏高（60%），低于 1.2V 或高于 1.3V 时输出 “0” 概率偏高，导致整体分布不均衡，这是硬件层面的核心问题。
游程长度异常：常态环境下最长游程达 15 位（超目标 14 位），共出现 2 次（第 123 组、第 456 组）；强电磁环境下最长游程 16 位，出现 1 次（第 789 组）。追溯对应时段示波器波形发现：强电磁干扰导致噪声源短时间内输出稳定信号（波形波动幅度从 ±0.1V 降至 ±0.05V），形成超长游程，暴露抗干扰能力不足的短板。
抗预测能力不足：通过 “滑动窗口预测法” 对 1000 组数据进行测试，常态环境下预测准确率 0.0002%（超目标 0.0001%），强电磁环境下升至 0.0005%。分析随机数序列发现：存在 “每 16 位重复一次小规律”（如第 1-8 位与第 17-24 位的 “0”“1” 分布相似度达 60%），易被预测算法捕捉，需通过算法优化打破潜在规律。
2 月 8 日晚，团队召开问题分析会，形成《初始 1000 次测试问题报告》，详细记录 3 类问题的表现、数据支撑、根源定位（硬件电压区间特性 \/ 抗干扰不足、算法规律残留），附异常数据片段与波形截图，为后续硬件修改与算法优化提供精准依据，避免盲目调整。
五、算法与硬件的优化方向确定
基于问题定位，陈工团队结合约束条件（成本、功耗、体积），确定 “硬件优化噪声采集 + 算法增加后置处理” 的双维度优化方向，避免单一优化无法覆盖所有问题，优化方案兼具针对性与可行性。
硬件优化：针对噪声源电压区间不均衡问题，王工团队修改噪声采集电路 —— 在 3AG1 晶体管输出端增加 “电压分压模块”，由 2 个精度 ±1% 的 1kΩ 电阻（北京无线电元件厂生产，型号 RJ-1965）构成，将原 1.0V-1.5V 输出区间细分为 1.0V-1.2V、1.2V-1.3V、1.3V-1.5V 三个子区间，通过调整分压比（R1:R2=1:1），使每个子区间输出 “0”“1” 的概率均接近 50%（实测 1.2V-1.3V 区间 “1” 概率从 60% 降至 50.2%），从硬件根源解决分布偏差问题。
硬件抗干扰增强：为应对强电磁干扰导致的超长游程，在噪声源电路外部增加 “铜网屏蔽罩”（材质 t2 紫铜，厚度 0.1mm，尺寸 5cmx5cmx3cm），罩体接地处理（接地电阻≤1Ω），同时串联 1 个 100nF 陶瓷滤波电容（上海无线电二厂生产，型号 cc1-1965），滤除高频干扰信号。测试显示：强电磁环境下噪声源波形波动幅度从 ±0.2V 降至 ±0.1V，超长游程产生概率大幅降低。
算法后置处理优化：李工设计 “双步扰动” 逻辑，对噪声源输出的 32 位原始数据进行处理，打破潜在规律 —— 第一步 “异或扰动”，将原始数据与预设的 32 位随机种子（存储于磁芯存储器 0x9100-0x9103 地址，每次生成后种子自动更新为 “种子 + 原始数据”）异或，打乱数据序列；第二步 “旋转移位”，提取原始数据前 4 位转换为十进制数 n（1≤n≤16），将异或后数据循环左移 n 位，进一步破坏潜在规律，两步处理总耗时≤0.002μs，不影响生成速度。