Wykorzystanie funkcji skrótu do poprawy właściwości statystycznych ciągu liczb losowych

• Autorzy: Matuszewski Ł. , Łoza Sz. , Jessa M.

Warianty tytułu

EN

Using a hash function to improve statistical properties of true random number sequences

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono sposób wykorzystania funkcji skrótu, na przykładzie funkcji SHA-256 (ang. Secure Hash Algorithm), do poprawy właściwości statystycznych ciągów liczb losowych. W badaniach wykorzystano pakiet testów statystycznych NIST 800-22 do oceny właściwości wytwarzanego ciągu metodę restartów i test chi kwadrat, dzięki którym możliwe jest wykazanie, czy dany generator produkuje ciąg z przeważającymi elementami deterministycznymi czy niedeterministycznymi. Proponowany układ może być z powodzeniem zaimplementowany w każdym układzie FPGA (ang. Field Programmable Gate Array).

EN

Random sequences play a key role in many contemporary cryptographic systems. To increase the efficiency and robustness to attacks, it is recommended to integrate a source of random numbers with a cryptographic system using these numbers. Unfortunately, the list of non-deterministic physical phenomena available in digital circuits is rather short and practically includes jitter and metastable states. It is expected that the generator produces sequences that pass all known statistical tests and that the sequences are unpredictable and attack resistant. A generator that satisfies these expectations is named a true random number generator (TRNG). This paper presents a novel method for producing random bits with the use of jitter observed in ring oscillators. The method uses a Galois ring oscillator introduced recently and the hash function. To assess the quality of output sequences, the statistical test suite prepared by National Institute of Standards and Technology (NIST) and the restart mechanism were used. The proposed system can be implemented in any Field Programmable Gate Array (FPGA).

Słowa kluczowe

PL

generator liczb prawdziwie losowych; generator pierścieniowy; kryptografia; funkcja skrótu; losowość i pseudolosowość

EN

true random number generator; ring oscillator; cryptography; hash function; randomness and pseudo-randomness

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2014
• Tom: R. 60, nr 7
• Strony: 456--458
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Matuszewski Ł.

• Politechnika Poznańska, Wydział Elektroniki i Telekomunikacji, ul. Polanka 3, 60-965 Poznań

autor

Łoza Sz.

• Politechnika Poznańska, Wydział Elektroniki i Telekomunikacji, ul. Polanka 3, 60-965 Poznań

autor

Jessa M.

• Politechnika Poznańska, Wydział Elektroniki i Telekomunikacji, ul. Polanka 3, 60-965 Poznań

Bibliografia

• [1] Leśniewicz M.: Sprzętowa generacja losowych ciągów binarnych, Wojskowa Akademia Techniczna, 2009.
• [2] Jessa M. Matuszewski L.: Producing random bits with delay-line based ring oscillators, International Journal of Electronics and Telecommunications, vol. 59, 1/ 2013, s. 41-50.
• [3] Dichtl M, Golić J., D.: High speed true random number generation with logic gates only, CHES 2007, Lecture Notes in Computer Science, LNCS 4727, s. 45-62, 2007.
• [4] Jessa M., Matuszewski L.: Enhancing the Randomness of a Combined True Random Number Generator Based on the Ring Oscillator Sampling Method, ReConFig’2011, Nov. 30 – Dec. 2, 2011, s. 274-279.
• [5] http://www,xilinx,com/support/documentation/virtex-5.htm
• [6] Descriptions of SHA-256, SHA-384, and SHA-512 http://csrc.nist.gov/groups/STM/cavp/documents/shs/sha256-384-512.pdf
• [7] Jessa M., Jaworski M.: Randomness of a combined TRNG based on the ring oscillator sampling method, ICSES’10, Sept. 7-10, 2010, s. 323-326.
• [8] Rukhin A., Soto J., Nechvatal J., Smid M., Barker E, Leigh S., Levenson M., Vangel M., Banks D., Heckert A., Dray J., Vo S.: A statistical test suite for random and pseudorandom number generators for cryptographic applications, NIST special publication 800-22, Revised: April 2010, USA, http://csrc.nist.gov/rng/
• [9] Agarwal S., Rungta A., Padmavathy R., Shankar M., Rajan N.: An Improved Fast and Secure Hash Algorithm, Journal of Information Processing Systems, Vol. 8, No. 1, March 2012 s. 119-132.