ВОПРОСЫ ПОСТРОЕНИЯ ПРОГРАММНЫХ СИСТЕМ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА СТОХАСТИЧЕСКИХ АЛГОРИТМОВ

Антон Олегович Прокофьев; Илья Владимирович Чугунков; Екатерина Андреевна Матрюхина; Елена Андреевна Гриднева

Антон Олегович Прокофьев Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ
Илья Владимирович Чугунков Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ
Екатерина Андреевна Матрюхина Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ
Елена Андреевна Гриднева Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ

Аннотация

В статье обсуждаются вопросы исследования свойств генераторов псевдослучайных чисел (ГПСЧ). Определяется роль ГПСЧ при построении компьютерных систем, в том числе защищенных. Перечисляются наиболее значимые задачи, решаемые с использованием генераторов. Приводятся требования, предъявляемые к качественным ГПСЧ, обсуждаются проблемы, возникающие при оценке их непредсказуемости. Рассматривается один из вариантов решения данных проблем, заключающийся в сведении задачи построения криптостойкого ГПСЧ к задаче построения статистически безопасного генератора. Определяются требования к статистически безопасному ГПСЧ. Показана необходимость комплексного исследования статистических свойств формируемых ГПСЧ последовательностей. Анализируются существующие наборы статистических тестов, выявляются их недостатки, не позволяющие осуществлять полнофункциональное тестирование псевдослучайных последовательностей. В частности, подвергается критике методика оценки результатов прохождения тестов, не обладающая должной гибкостью в вопросах совместного использования частных оценок конкретного теста и совокупной оценки результатов прохождения набора тестов. Формулируются требования к качественной системе оценки статистической безопасности ГПСЧ. Показана необходимость использования графических тестов наряду с оценочными. Предлагается структура
полнофункциональной системы оценки статистической безопасности ГПСЧ и криптоалгоритмов, определяется назначение входящих в нее модулей, приводятся примеры работы системы. Также рассматриваются возможные пути повышения эффективности оценочных тестов, в частности, обсуждаются вопросы сокращения объемов необходимой для реализации теста памяти, а также возможность повышения быстродействия тестов и одновременного тестирования нескольких последовательностей за счет использования гибридных технологий (совместного использования вычислительных ресурсов центрального процессора и ядер графических видеокарт).

Сведения об авторах

Антон Олегович Прокофьев, Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ

аспирант кафедры «Компьютерные системы и технологии»

Илья Владимирович Чугунков, Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ

кандидат технических наук, доцент кафедры «Компьютерные системы и технологии»

Екатерина Андреевна Матрюхина, Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ

бакалавр кафедры «Компьютерные системы и технологии»

Елена Андреевна Гриднева, Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ

магистрант кафедры «Компьютерные системы и технологии»

Литература

1. Чугунков И.В. Методы и средства оценки качества генераторов псевдослучайных последовательностей,
ориентированных на решение задач защиты информации. – М.: НИЯУ МИФИ, 2012. – 236 с.
2. Epishkina A., Kogos K. Quantum random number generator for secure communications // 2016 International Siberian Conference on Control and Communications, SIBCON 2016 – Proceedings. – Moscow, 2016. 10.1109/SIBCON.2016.7491712.
3. Silnov D.S., Tarakanov O.V. Analysis of modern attacks on antiviruses // Journal of Theoretical and Applied Information Technology. - Volume 76, Issue 1, 2015, Pages 59-63.
4. NIST: Advanced Encryption Standard (AES) (FIPS PUB 197). National Institute of Standards and Technology (Nov 2001).
5. A statistical test suite for random and pseudorandom number generators for cryptographic applications, NIST Special Publications 800-22. Revision 1.a. April, 2010.
6. Marsaglia G. DIEHARD: Battery of tests of randomness [Online]. Available: http://stat.fsu.edu/pub/diehard/.
7. Knuth D. The Art of computer programming. Volume 2: Seminumerical Algorithms. Third Edition. – Addison-Wesley, 1997. – 762 pp.
8. Gustafson H., Dawson E., Nielsen L., Caelli W. A computer package for measuring the strength of encryption algorithms // Computer. & Security, – 1994., vol. 13, issue 8. – pp. 687-697.
9. Chugunkov I.V., Muleys R.B. Pseudorandom numbers generators quality assessment using graphic tests // Proceedings of the 2014 IEEE North West Russia Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering Conference, ElConRusNW 2014. – St. Petersburg, 2014. – pp. 8-13. DOI: 10.1109/ElConRusNW.2014.6839187.
10. Chugunkov I.V., Prokofiev A.O., Strelchenko P.A. The optimization of statistical tests for pseudorandom number generators // Proceedings of the 2016 IEEE North West Russia Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering Conference, ElConRusNW 2016. – St. Petersburg, 2016. – pp. 190-193. DOI: 10.1109/EIConRusNW.2016.7448151.
11. Chugunkov I.V., Dyumin A.A., Maksutov A.A., Smirnova I.S. Parallelization of test for assessing pseudorandom number generators using CUDA technology // Proceedings of the 2015 IEEE North West Russia Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering Conference, ElConRusNW 2015. – St. Petersburg, 2015. – pp. 60-64. DOI: 10.1109/EIConRusNW.2015.7102232.
12. Dyumin A.A., Kuznetsov A.A., Rovnyagin M.M. Evaluation of statistical properties of a modified Bloom filter for
heterogeneous GPGPU-systems // Proceedings of the 2015 IEEE North West Russia Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering Conference, ElConRusNW 2015. – St. Petersburg, 2015. – pp. 190-193. DOI:
10.1109/EIConRusNW.2015.7102234.
13. Vasilyev N.P., Rovnyagin M.M. Software platform VAR for heterogeneous GPGPU-systems // 2016 6th International Conference – Cloud System and Big Data Engineering (Confluence). – Noida, 2016. – pp.624-629. doi: 10.1109/CONFLUENCE.2016.7508194.