Дослідження статистичних характеристик послідовностей випадкових чисел згенерованих веб-камерою за функціоналом клітинних автоматів та патернами NIST

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.31861/sisiot2025.1.01007

Ключові слова:

програмна інженерія, кібербезпека, послідовності випадкових чисел, веб-камера, клітинні автомати

Анотація

На сучасному етапі програмна генерація випадкових чисел піддається ризику злому через зростання обчислювальної потужності сучасних систем. Генерація апаратного типу базується на надійних стохастичних фізичних явищах, але забезпечує низьку продуктивність або недостатній рівень статистичних показників. Сучасні вимоги до швидкодії генератора випадкових чисел починаються з величини 100 Мбіт/с. У цьому дослідженні лінійні клітинні автомати використовуються як механізм пост-обробки, спрямований на покращення ключових статистичних властивостей послідовностей випадкових чисел. У дослідженні наведено результати покращення статистичних характеристик послідовності чисел, отриманих зі звичайної веб-камери, щодо дотримання однієї з вимог криптостійкості: рівномірного розподілу елементів за значенням. Попередні аналізи показали, що притаманна стохастична поведінка в світлочутливих елементів  веб-камер призводить до неоднорідних розподілу елементів у вихідних послідовностях. Цю перешкоду можна подолати, використовуючи обробку лінійними клітинними автоматами, зокрема правилами 30, 90, 105. 150. Для оцінки ефективності цього методу було проведено порівняльний аналіз із програмно-згенерованими послідовностями, отриманими за допомогою класу Java SecureRandom. Показано, що шляхом вибору кількох ітерацій можна отримати необхідний рівень рівномірності розподілу елементів послідовності за значенням. Проте тести NIST повністю успішно пройти не вдалось. Статистичну однорідність було ефективно оцінено за допомогою маловимогливих бібліотек DescriptiveStatistics мови програмування Java, що дозволило реалізувати швидку інтеграцію функціоналу  навіть на низькопродуктивному обладнанні, такому як смартфон з операційною системою Android. Результати дослідження можуть бути використані при проектуванні високошвидкісного апаратного генератора послідовності випадкових чисел.

Завантажити

Дані для завантаження поки недоступні.

Біографії авторів

  • Георгій Прохоров, Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича

    У 2006 році захистив кандидатську дисертацію з фізико-математичних наук. Нині працює доцентом кафедри програмного забезпечення комп’ютерних систем Чернівецького національного університету імені Юрія Федьковича. Наукові інтереси охоплюють криптографію, теорію кодування, апаратну генерацію послідовностей випадкових чисел.

  • Марія Ганжело, Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича

    Радник з питань цифрової інтернаціоналізації та співпрацівник Міністерства цифрової трансформації України. Керує IT-компанією InDevLab. Нині є аспірантом кафедри програмного забезпечення комп’ютерних систем Чернівецького національного університету імені Юрія Федьковича. Наукові інтереси: інженерія, криптографія та розвиток технологій.

  • Ростислав Дячук, Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича

    Отримав ступені бакалавра та магістра з програмної інженерії. Нині є аспірантом кафедри програмного забезпечення комп’ютерних систем Чернівецького національного університету імені Юрія Федьковича. Наукові інтереси: криптографія, розробка програмного забезпечення та системи захисту інформації в мережах.

  • Сергій Янушевський, Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича

    Отримав ступінь бакалавра з програмної інженерії та магістра зі спеціальності «Аналітик комп’ютерних систем». Нині працює асистентом кафедри програмного забезпечення комп’ютерних систем Чернівецького національного університету імені Юрія Федьковича. Наукові інтереси: криптографія, кібербезпека, програмне забезпечення, блокчейн-технології, клітинні автомати.

Посилання

A. Rukhin, J. Soto, J. Nechvatal, M. Smid, E. Barker, S. Leigh, M. Levenson, M. Vangel, D. Banks, A. Heckert, J. Dray, S. Vo, and L. E. Bassham III, A Statistical Test Suite for Random and Pseudorandom Number Generators for Cryptographic Applications, NIST Spec. Publ. 800-22 Rev. 1a, Apr. 2010.

D. Dobrovolsky, D. Hanzhelo, H. Prokhorov, and D. Trembach, “Research the level of chaotic and reliability in webcam-generated random number sequences,” SISIOT, vol. 2, no. 1, p. 01004, Aug. 2024, doi: 10.31861/sisiot2024.1.01004.

D. Hanzhelo and H. Prokhorov, “Investigation of statistical characteristics of numerical random sequence obtained from a web camera frame,” Herald of Khmelnytskyi Natl. Univ. Techn. Sci., vol. 337, no. 3(2), pp. 46–51, 2024, doi: 10.31891/2307-5732-2024-337-3-6.

S. Ostapov, B. Diakonenko, M. Fylypiuk, K. Hazdiuk, L. Shumyliak, and O. Tarnovetska, “Symmetrical cryptosystems based on cellular automata,” Int. J. Comput., vol. 22, no. 1, pp. 15–20, Mar. 2023, doi: 10.47839/ijc.22.1.2874.

T. Toffoli and N. Margolus, Cellular Automata Machines. Cambridge, MA: MIT Press, 1987.

H. Prokhorov and D. Trembach, “Research into the efficiency of processing a numerical random sequence by chaotic-type cellular automata,” SISIOT, vol. 2, no. 2, p. 02010, Dec. 2024, doi: 10.31861/sisiot2024.2.02010.

National Institute of Standards and Technology (NIST), A Statistical Test Suite for Random and Pseudorandom Number Generators for Cryptographic Applications, NIST Spec. Publ. 800-22 Rev. 1, Aug. 2008.

F. J. Ibáñez-López, M. Rubio-Aparicio, M. Pedreño-Plana, and M. Sánchez-Martín, “Descriptive statistics and basic graphs tutorial to help you succeed in statistical analysis,” Espiral. Cuadernos del Profesorado, vol. 17, no. 36, pp. 88–99, 2024, doi: 10.25115/ecp.v17i36.9570.

L. Crocetti, P. Nannipieri, S. Di Matteo, L. Fanucci, and S. Saponara, “Review of methodologies and metrics for assessing the quality of random number generators,” Electronics, vol. 12, no. 3, p. 723, 2023, doi: 10.3390/electronics12030723.

A. Jammi, Y. Raju, S. Munishankaraiah, and K. Srinivas, “Steganography: an overview,” Int. J. Eng. Sci. Technol., vol. 2, no. 10, pp. 5985–5992, 2010.

Завантаження


Переглядів анотації: 10

Опубліковано

2025-06-30

Номер

Том 3 № 1 (2025)

Розділ

Статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 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]
Г. Прохоров, М. Ганжело, Р. Дячук, and С. Янушевський, “Дослідження статистичних характеристик послідовностей випадкових чисел згенерованих веб-камерою за функціоналом клітинних автоматів та патернами NIST”, SISIOT, vol. 3, no. 1, p. 01007, Jun. 2025, doi: 10.31861/sisiot2025.1.01007.

Схожі статті

1-10 з 49

Ви також можете розпочати розширений пошук схожих статей для цієї статті.