Нові методики тестування генераторів випадкових/псевдовипадкових послідовностей на різних етапах їх функціонування

Л.В. Ковальчук, д-р техн. наук, О.Ю. Беспалов, аспірант, Т.М. Клименко
Інституту проблем моделювання в енергетиці імені Г.Є. Пухова НАН України
Украиїна, 03164, Київ, вул. Олега Мудрака, 15
е-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам необхідно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.; Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам необхідно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.; Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам необхідно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Èlektron. model. 2025, 47(5):03-22

https://doi.org/10.15407/emodel.47.05.003

АНОТАЦІЯ

Розглянуто питання перевірки коректності функціонування генераторів випадкових/ псевдовипадкових послідовностей, призначених для криптографічних застосувань. За­пропоновано використовувати три різні методики перевірки якості генератора: методика першого рівня, призначена для перевірки криптографічних якостей генератора при до­пуску до експлуатації або після капітального ремонту; методика другого рівня, призна­чена для періодичної перевірки роботи генератора (наприклад, кожного місяця) та методика третього рівня, призначена для постійної перевірки генератора протягом всього часу його роботи. У кожної методики свої задачі: методика першого рівня проводить найбільш детальне дослідження і вирішує, чи дійсно розроблений генератор може використо­вува­тись для генерації ключових даних; методика другого рівня перевіряє, що не відбулось погіршення якості роботи генератора за час його експлуатації; методика третього рівня працює в режимі реального часу і направлена на миттєве виявлення суттєвих збоїв у роботі генератора. Всі ці методики розроблені та покроково описані у роботі. Також на­дано повне обґрунтування висновків, які приймаються за результатами застосування ме­тодик. Отримані результати є підгрунтям для розробки Національного стандарту пере­вірки криптографічних якостей генераторів, який досі відсутній в Україні.

КЛЮЧОВІ СЛОВА:

генератори випадкових/псевдовипадкових послідовностей, ста­тис­тичні тести, криптографічні якості генератора послідовностей.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Bikos Anastasios, Panagiotis E. Nastou, Georgios Petroudis, Yannis C. Stamatiou. Random Number Generators: Principles and Applications. Cryptography. 2023. Vol 7, no. 4, Р. 54. URL: https://doi.org/10.3390/cryptography7040054
2. Blum L., Blum M., Shub M. A Simple Unpredictable Pseudo-random Number Generator. SIAM Journal on Computing, 1986. Vol.15, no. 2. P. 364—383.
3. Bassham III L.E., Rukhin A.L., Soto J., Nechvatal J.R., Smid M.E., Barker E.B. and others. A statistical test suite for random and pseudorandom number generators for cryptographic applications. NIST Special Publication 800-22. 2010. Revision 1a. Р. 1—131. URL: https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/Legacy/SP/nistspecialpublication800-22r1a.pdf
4. Maurer U.M., A Universal Statistical Test for Random Bit Generators. Journal of Cryp­tolojy. 1992, no. 5. P.89—105.
5. Ziv J., Lempel A. A Universal Algorithm for Sequential Data Compression. IEEE Tran­sac­tions on Information Theory. 1977, no. 22, P. 337—3432.
6. Crocetti L, Nannipieri P, Di Matteo S, Fanucci L, Saponara S. Review of Methodologies and Metrics for Assessing the Quality of Random Number Generators. Electronics. 2023, no. 12(3). Р. 723. URL: https://doi.org/10.3390/electronics12030723, https://www.mdpi. com/2079-9292/12/3/723
7. Marsaglia G. The Marsaglia random number CDROM including the diehard battery of tests of randomness. 2008.URL: http://www. stat. fsu. edu/pub/diehard/
8. Вербицький О.В. Вступ до криптології. Львів: Видавництво науково-технічної літе­ратури. 1998. С. 247с.
9. Foreman C., Yeung R., Curchod F.J. Statistical Testing of Random Number Generators and Their Improvement Using Randomness Extraction. Entropy. 2024, no. 26(12), Р. 1053. URL: https://doi.org/10.3390/e26121053 https://www.mdpi.com/1099-4300/26/12/1053
10. Pseudorandom Number Generation Using a Block Cipher. URL: https://www.brainkart. com/article/Pseudorandom-Number-Generation-Using-a-Block-Cipher_8424/
11. Yu Long Chen1, Eran Lambooij2, and Bart Mennink. How to Build Pseudorandom Functions From Public Random Permutations. URL: https://eprint.iacr.org/2019/554.pdf
12. Адміністрація державної служби спеціального зв’язку та захисту інформації України. Наказ. 20.07.2007  № 141. Про затвердження Положення про порядок розроблення, виробництва та експлуатації засобів криптографічного захисту інформації.URL: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/z0862-07#Text
13. Ковальчук Л., Бездітний В. Перевірка незалежності статистичних тестів, призначених для оцінки криптографічних якостей ГПВ. Захист інформації. 2006. Т. 8, № 2(29). С. 18—23. URL: https://doi.org/10.18372/2410-7840.8.4944
14. Ковальчук Л., Кучинська Н. Методики перевірки незалежності статистичних тестів. Information Technology and Security. July-December 2017. Т. 5. № 2 (9). С. 20—32. URL: https://ela.kpi.ua/server/api/core/bitstreams/9bdb5292-8ff8-4932-95e0-a6ba40d62969/ content
15. Kochana R., Kovalchuk L., Korchenko O., Kuchynska N. Statistical Tests Independence Verification Methods. Procedia Computer Science. 2021. Т. 192. Р. 2678—2688. URL: https://doi.org/10.1016/j.procs.2021.09.038, https://www.sciencedirect.com/science/article/ pii/S1877050921017750
16. Der Kiureghian, Armen Liu, Pei-Ling. Structural reliability under incomplete probability information. 1985. URL: https://escholarship.org/uc/item/3739w8d3
17. Kovalchuk, L., Nelasa, H., Rodinko, M., Bespalov, O. A new extended strategy of proces­sing of statistical testing results. 11th International Research Conference Information Technology and Implementation 2024 — Workshop: Intelligent Systems and Security, IT and I-WS, CEUR Workshop Proceedings, 2024, 3933. Р. 158—167. ISSN 16130073 Publisher CEUR-WS. URL: https://ceur-ws.org/Vol-3933/Paper_12.pdf
18. Ковальчук Л.В., Коряков І.В., Беспалов О.Ю. Статистичні тести для перевірки не­за­лежності випадкових величин, що описують генерацію послідовностей в криптоал­горитмах. Електронне моделювання. 2024. Т. 46. № 3. С. 22—38. URL: https://doi.org/ 10.15407/emodel.46.03.022
19. ДСТУ 9041:2020 Інформаційні технології. Криптографічний захист інформації. Алго­ритм шифрування коротких повідомлень, що ґрунтується на скручених еліп­тичних кривих Едвардса. Чинний від 2020-11-01. Київ: УкрНДНЦ, 2020. IV, С. 36.
20. A Statistical Test Suite for Random and Pseudorandom Number Generators for Cryptographic Applications, NIST Special Publication 800-22 Revision 1a, April 2010. URL: https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/legacy/sp/nistspecialpublication800-22r1a.pdf

Повний текст: PDF