Дослідження рівня хаосу та надійності у послідовностях випадкових чисел, що згенеровані вебкамерою

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.31861/sisiot2024.1.01004

Ключові слова:

програмна інженерія, хаос, криптостійкість, надійність програмного забезпечення, генератор випадкових чисел

Анотація

Захист інформації, збереження цілісності, надійність програмного забезпечення для передачі даних є сьогодні важливою складовою інформаційних технологій. Інженерні та програмні рішення у сфері програмної інженерії, зокрема криптографії та надійності, постійно потребують використання випадкових послідовностей у своїх алгоритмах. Зазвичай, стандартні методи фреймворків, програмних платформ, бібліотек та мов програмування не забезпечують необхідний рівень випадковості згенерованих  послідовностей. В основному випадковість програмних генераторів послідовностей чисел базується на значенні стану певного системного параметру, наприклад значенні поточної дати та часу. Очевидно, що при нескладних кібер-атаках можливо досягти передбачуваного результату і поставити криптостійкість системи під загрозу. Для розв’язання цієї проблеми застосовано властивість вебкамери генерувати послідовності випадкових чисел з одного і того ж зображення. Показано, що факт зміни значень освітленості, створеної пікселями, відрізняється, щонайменше на 63 % для двох послідовних кадрів з інтервалом у 100 мілісекунд у повній темряві, що на 13 % перевищує вимоги до криптостійкості. Таким чином, можна говорити про високий рівень випадковості  згенерованих числових послідовностей. Генерація кадрів здійснювалась як при повній темряві при освітленості 10-4 люкса, так і рівномірно освітленої (200 люкс) білої поверхні. Випробування камери на граничних умовах дають повну картину непередбачуваності та хаосу при генеруванні випадкових послідовностей. Висловлюється гіпотеза, що даний підхід теоретично дозволяє генерувати випадкові послідовності з швидкістю 1.25 Гбіт/сек, а програмно-апаратне рішення до 10 Гбіт/сек. Підхід, побудований на цій властивості вебкамери, дозволить вирішити проблему проектування доступного недорогого лабораторного криптостійкого надійного швидкісного апаратного генератора випадкових чисел у лабораторних умовах без залучення спеціального обладнання.

Завантажити

Дані для завантаження поки недоступні.

Біографії авторів

  • Ростислав Дячук, Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича

    Отримав ступінь бакалавра та магістра на кафедрі інженерії програмного забезпечення Чернівецького національного університету імені Юрія Федьковича. Працював асистентом кафедри інженерії програмного забезпечення, наразі навчається в аспірантурі на цій же кафедрі. Його наукові інтереси включають криптографію, системи псевдовипадкових послідовностей.

  • Юрій Добровольський, Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича

    Закінчив фізико-математичний факультет у 1984 році. Отримав науковий ступінь доктора технічних наук. Наразі є професором кафедри інженерії програмного забезпечення Чернівецького національного університету імені Юрія Федьковича. Наукові інтереси: інженерія надійності програмного забезпечення, криптографія, теорія кодування, апаратна генерація послідовностей випадкових чисел.

  • Дмитро Ганжело, Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича

    Навчається в аспірантурі з комп'ютерних наук у Чернівецькому національному університеті імені Юрія Федьковича. Наразі є практиком у сфері безпеки, ментором та викладачем за сумісництвом.  Його наукові інтереси включають кібербезпеку, криптографію, генерацію послідовностей випадкових чисел.

  • Георгій Прохоров, Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича

    Здобув ступінь кандидата фізико-математичних наук у 2006 році. Зараз є доцентом кафедри інженерії програмного забезпечення Чернівецького національного університету імені Юрія Федьковича. Наукові інтереси: криптографія, теорія кодування, апаратна генерація послідовностей випадкових чисел.

  • Денис Трембач, Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича

    Отримав ступінь бакалавра та магістра з інформаційної безпеки в Європейському університеті фінансів, Україна. Зараз навчається в аспірантурі Чернівецького національного університету ім. Юрія Федьковича за спеціальністю комп'ютерні науки. Наразі він є практиком у сфері безпеки, ментором та викладачем за сумісництвом. Його наукові інтереси включають кібербезпеку, прикладний штучний інтелект, динаміку хаотичних систем.

Посилання

UKAZ PREZYDENTA UKRAINY №37/2022 “Pro rishennia Rady natsionalnoi bezpeky i oborony Ukrainy vid 30 hrudnia 2021 roku "Pro Plan realizatsii Stratehii kiberbezpeky Ukrainy". URL: https://www.president.gov.ua/documents/372022-41289. [in Ukrainian]

H. Fukś, “Four State Deterministic Cellular Automaton Rule Emulating Random Diffusion,” In: Chopard, B., Bandini, S., Dennunzio, A., Arabi Haddad, M. (eds) Cellular Automata. ACRI 2022. Lecture Notes in Computer Science, vol. 13402, 2022. Springer, Cham. https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-031-14926-9_13.

Dobrovolsky, Y. "Development of a Hash Algorithm Based on Cellular Automata and Chaos Theory." Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5/9 (113) 2021. Р. 48-55. DOI: 10.15587/1729-4061.2021.242849 https://journals.uran.ua/eejet/article/view/242849/241487.

A. Cicuttin, L. De Micco, M. L. Crespo, et al., “Looking for Suitable Rules for True Random Number Generation with Asynchronous Cellular Automata,” Nonlinear Dynamics, vol. 111, pp. 2711-2722, 2022. https://doi.org/10.1007/ s11071-022-07957-8.

L. Li, Y. Luo, S. Qiu, et al., “Image Encryption Using Chaotic Map and Cellular Automata,” Multimed Tools Appl, vol. 81, pp. 40755–40773, 2022. https://doi.org/10.1007/s11042-022-12621-9.

Asia Othman Aljahdal, “Random Number Generators Survey,” International Journal of Computer Science and Information Security (IJCSIS), Vol. 18, No. 10, October 2020. [Online]. Available: https://zenodo.org/records/ 4249407.

F. Martinez, “Attacks on Pseudo Random Number Generators Hiding a Linear Structure,” in Topics in Cryptology – CT-RSA 2022, S. D. Galbraith, Ed. Cham: Springer, 2022, vol. 13161, Lecture Notes in Computer Science. [Online]. Available: https://doi.org/10.1007/978-3-030-95312-6_7.

Class SecureRandom. All Implemented Interfaces. URL: https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/security/SecureRandom.html.

M. Cornejo, S. Ruhault, “(In)Security of Java SecureRandom Implementations,” Journées Codage et Cryptographie, 2014. [Online]. Available: https://www-fourier.ujf-grenoble.fr/JC2/exposes/ruhault.pdf.

Ostapov, S.E., Dobrovolskyi, Yu.H. "Kvantova informatyka ta kvantovi obchyslennia." Chernivtsi: ChNU, 2021. - 99 s. https://archer.chnu.edu.ua/xmlui/handle/ 123456789/2830. [in Ukrainian]

B. Yan, Z. Tan, S. Wei, H. Jiang, W. Wang, H. Wang, et al., "Factoring Integers with Sublinear Resources on a Superconducting Quantum Processor," arXiv, vol. 2212.12372v1, Dec. 2022. [Online]. Available: https://arxiv.org/pdf/2212.12372.pdf.

Seongmo Park, Byoung Gun Choi, Taewook Kang, Kyunghwan Park, Youngsu Kwon, Jongbum Kim, “Efficient Hardware Implementation and Analysis of True Random-Number Generator Based on Beta Source,” ETRI, Volume 42, Issue 4, Special Issue on SoC and AI Processors, August 2020, Pages 518-526. [Online]. Available: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/ 10.4218/etrij.2020-0083.

V. Barannik, S. Sidchenko, N. Barannik, and A. Khimenko, "The method of masking overhead compaction in video compression systems," Radioelectron. Comput. Syst., no. 2, pp. 51-63, 2021. [Online]. Available: https://doi.org/ 10.32620/reks.2021.2.05.

S. Yevseiev, O. Milov, N. Zviertseva, O. Lezik, O. Komisarenko, A. Nalyvaiko, V. Pogorelov, V. Katsalap, Y. Pribyliev, and I. Husarova, "Development of the concept for determining the level of critical business processes security," East.-Eur. J. Enterp. Technol., vol. 1, no. 9(121), pp. 21–40, 2023. [Online]. Available: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.274301.

Agata Kaźmierczyk, Andrzej Ł. Chojnacki, Kornelia Banasik. "Pseudorandom Number Generators as Applied in Reliability Analysis." Kielce University of Technology, Faculty of Electrical Engineering, Automatic Control and Computer Science, Department of Power Engineering, Power Electronics and Electrical Machines, doi:10.15199/48.2022.12.44. [Online]. Available: http://pe.org.pl/articles/2022/12/44.pdf.

V. Barannik, N. Barannik, and O. Slobodyanyuk, "Indirect information hiding technology on a multiadic basis," Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska, vol. 11, no. 4, pp. 14–17, 2021. doi:10.35784/iapgos.2812.

V. Barannik, N. Barannik, O. Ignatyev, and V. Himenko, "Method of indirect information hiding in the process of video compression," Radioelectronic and Computer Systems, vol. 0, no. 4, pp. 119–131, 2021. doi:10.32620/reks.2021.4.10.

S. Ostapov, B. Diakonenko, M. Fylypiuk, K. Hazdiuk, L. Shumyliak, and O. Tarnovetska, "Symmetrical cryptosystems based on cellular automata," International Journal of Computing, vol. 22, pp. 15–20, Mar. 2023. https://doi.org/10.47839/ijc.22.1.2874.

R. Li, "A true random number generator algorithm from digital camera image noise for varying lighting conditions," in SoutheastCon 2015, Fort Lauderdale, FL, USA, 2015, pp. 1–8. doi: 10.1109/SECON.2015.7132901. Available: https://ieeexplore.ieee.org/document/7132901.

"Webcam-capture Resolution," GitHub. [Online]. Available: https://github.com/sarxos/webcam-capture/blob/master/webcam-capture/src/main/java/com/github/sarxos/webcam/WebcamResolution.java.

L. Afflerbach, "Criteria for the assessment of random number generators," Journal of Computational and Applied Mathematics, vol. 31, no. 1, pp. 3–10, 1990. doi: 10.1016/0377-0427(90)90330-3.

Завантаження


Переглядів анотації: 9

Опубліковано

2024-08-30

Номер

Том 2 № 1 (2024)

Розділ

Статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Безпека інфокомунікаційних систем та Інтернету речей

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Як цитувати

[1]
Р. Дячук, Ю. Добровольський, Д. Ганжело, Г. Прохоров, and Д. Трембач, “Дослідження рівня хаосу та надійності у послідовностях випадкових чисел, що згенеровані вебкамерою”, SISIOT, vol. 2, no. 1, p. 01004, Aug. 2024, doi: 10.31861/sisiot2024.1.01004.