О разработке генератора случайных чисел, основанного на квантовых эффектах



Скачать 33.74 Kb.
Дата03.06.2016
Размер33.74 Kb.
ТипАнализ

УДК 004.056:378(06) Проблемы информационной безопасности в системе высшей школы


А.В. АРХАНГЕЛЬСКАЯ

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
О РАЗРАБОТКЕ ГЕНЕРАТОРА СЛУЧАЙНЫХ ЧИСЕЛ,
ОСНОВАННОГО НА КВАНТОВЫХ ЭФФЕКТАХ

В работе проанализированы подходы к построению генераторов случайных чисел, разработан макет генератора и получены его характеристики. Основным результатом является обоснование возможности использования генератора, основанного на квантовых эффектах, в криптографических приложениях.
Известно, что случайные числа широко применяются в криптографии и генераторы случайных чисел (ГСЧ) являются важнейшим криптографическим примитивом.

Очень часто именно в используемом ГСЧ кроется причина уязвимости многих реальных систем криптографической защиты информации. Главные причины этого следующие: недостатки криптографического преобразования, обычно применяемого к выходу физического датчика, и плохие статистические свойства физического датчика, которые хотя и улучшаются криптографическим преобразованием, но существенно повышают вероятность успешной реализации атаки угадывания.

Анализ современных аппаратных ГСЧ показал, что большинство из них основано на шумах электрических цепей, а такое решение позволяет достичь скоростей выработки случайных чисел порядка 100 Кбит/с. Однако в августе 2004 года швейцарская компания ID Quantique [1] выпустила генератор, основанный на квантовых эффектах, скорость которого достигает 4 Мбит/с,. Но так как статистические свойства вырабатываемых чисел не свидетельствуют о стойкости генератора к криптографическим атакам, и анализ законченного изделия иностранного производителя весьма сложен, представляется актуальной разработка отечественного высокоскоростного генератора случайных чисел.

В работе проанализированы основные подходы к созданию генераторов и выбрана схема, в основу которой положен подход, связанный с накоплением энтропии, что обеспечивает регулярный перевод генератора в «неугадываемое» состояние, и применением к получаемым выборкам криптографического преобразования для повышения стойкости генераторов к криптографическому анализу [2].

Целью накопления энтропии является возможность восстановления надежной генерации чисел в случае компрометации состояния ГСЧ. Подход, связанный с накоплением энтропии, позволяет создавать такие ГСЧ, что если однажды состояние было заведомо неизвестно злоумышленнику, то даже при условии предсказуемости всех остальных накапливаемых случайных данных или вмешательства противника в их генерацию, ГСЧ остается по-прежнему безопасным.

Часто в качестве криптографического преобразования используется блочный шифр. Автором предлагается использовать поточный шифр, что решает еще одну задачу – улучшение статистических свойств выходных значений [3].

Наиболее важным элементом в схеме ГСЧ является источник энтропии, так как именно его характеристики – статистические свойства и быстродействие, определяют «качество» генератора. В МИФИ была проведена совместная работа сотрудников кафедр «Криптология и дискретная математика», «Физика элементарных частиц» и «Экспериментальные методы ядерной физики», в результате которой был построен макет источника энтропии, основанного на квантовых эффектах.

В отличие от традиционных источников, которые порождают поток равновероятных двоичных цифр, выходом данного устройства является количественная оценка «интенсивности квантового явления» [4]. Выходная величина принимает десятки и даже сотни различных значений и, не являясь равновероятной, имеет удельную энтропию на отсчет значительно больше единицы, свойственной традиционным пороговым источникам.

По данным экспериментов можно сделать следующие выводы:

1. Данные, получаемые с использованием построенного источника энтропии, являются независимыми, что позволяет эффективно использовать их в качестве входных значений ГСЧ, использующегося в криптографических приложениях



2. Значения энтропии свидетельствуют о том, что ГСЧ, основанный на квантовых эффектах, будет обладать скоростью, значительно превышающей показатели современных отечественных генераторов.
Список литературы


  1. http://www.idquantique.com.

  2. Архангельская А.В. Некоторые аспекты разработки генераторов случайных чисел // «Безопасность информационных технологий», № 3, 2004. – С. 45 – 48.

  3. Архангельская А.В. Об одном подходе к построению генератора случайных чисел // Методы и технические средства обеспечения безопасности информации. Материалы XII Общероссийской научно-технической конференции. СПб.: Изд-во Политехнического университета, 2004. – С. 51.

  4. Георгиевская Е. А., Клемин С. Н., Филатов Л. А. И др. Твердотельный электронный умножитель многоцелевого назначения на основе гейгеровских микроячеек // «Прикладная физика», № 2, 2003.




ISBN 5-7262-0557-Х. XII Всероссийская научно-практическая конференция

Каталог: data -> scientific-sessions -> 2005
2005 -> При выявлении скрытых закономерностей
2005 -> Синергетика творчества
2005 -> Взгляды к. Юнга и и. Пригожина на сон и сновидения
scientific-sessions -> Молодежная политика вуза
scientific-sessions -> Реализация генераторов случайных чисел
scientific-sessions -> Разработка методики диагностики подшипниковых узлов по амплитудному вектору спектра огибающей
2005 -> -
2005 -> Разработка подсистемы контроля доступа для программы удаленного управления файловой системой


Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©psihdocs.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница