bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2022-20-7-43-47bsuir-3499Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА, РАДИОФИЗИКА, РАДИОТЕХНИКА, ИНФОРМАТИКАELECTRONICS, RADIOPHYSICS, RADIOENGINEERING, INFORMATICSУлучшение статистических характеристик аппаратного генератора случайных чисел программным способомStatistical Characteristics Improvement of a Hardware Random Number Generator by a Software MethodПикузаМ. О.PikuzaM. O.

Пикуза Максим Олегович -  аcпирант кафедры информационных радиотехнологий 

220013, Республика Беларусь, г. Минск, ул. П. Бровки, 6Тел. +375 33 650-31-78 

Pikuza Maksim Olegovich, Postgraduate at the Department of Information Radiotechnologies 

220013, Republic of Belarus, Minsk, P. Brovka St., 6Tel. +375 33 650-31-78 

maksimpikuza@gmail.comБелорусский государственный университет информатики и радиоэлектроникиBelarusian State University of Informatics and Radioelectronics2022101220222074347Copyright © Пикуза М.О., 20222022Пикуза М.О.Pikuza M.O.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.bsuir.by/jour/article/view/3499

В качестве источника случайных чисел часто применяют аппаратные генераторы случайных чисел, работа которых основана на хаотически изменяющихся параметрах различных физических процессов. Статистические характеристики таких генераторов не всегда позволяют использовать их в сфере защиты информации. Для совершенствования этих показателей используют различные программные средства обработки выходных данных генератора. Исследована возможность улучшения статистических характеристик аппаратного генератора случайных чисел программным способом. Данный генератор построен на основе шумового диода ND103L и на выходе имеет случайную цифровую последовательность двоичных чисел. С целью совершенствования статистических характеристик выходной поток случайных чисел обрабатывался при помощи программного метода, основанного на вычислении конечных разностей высокого порядка. Данный метод позволяет получить более симметричное распределение случайных чисел, а также увеличить скорость их генерации. После обработки данные с исследуемого генератора имели лучшие статистические характеристики, что подтверждено тестами NIST и Diehard, также скорость генерации увеличилась более чем в пять раз. Результаты выполненных исследований могут быть полезны разработчикам аппаратных генераторов случайных чисел, которым требуется улучшить характеристики генератора.

As a source of random numbers, hardware random number generators are often used, the operation of which is based on randomly changing parameters of various physical processes. The statistical characteristics of such generators do not always allow their use in the field of information security. To improve the statistical characteristics, various software tools for processing the output data of the generator are used. The purpose of this work is to study the possibility to improve the statistical characteristics of a hardware random number generator by software. The investigated hardware random number generator is based on the ND103L noise diode and has a random digital sequence of binary numbers at the output. To improve the statistical characteristics, the output stream of random numbers was processed using a software method based on the calculation of high-order finite differences. This method would allow one to get a more symmetrical distribution of random numbers, as well as increase the speed of their generation. After processing, the data from the generator under study have better statistical characteristics, which is confirmed by the NIST and Diehard tests, and the generation rate has also increased by more than 5 times. The results of this work may be useful to developers of hardware random number generators who need to improve the performance of the generator.

аппаратный генератор случайных чиселшумовой диоднабор статистических тестовNISTDiehardконечная разность высокого порядкаhardware random number generatornoise diodestatistical test suiteNISTDiehardhigh-order finite differenceReferencesHerrero-Collantes, M. Quantum Random Number Generators / М. Herrero-Collantes, J. C. Garcia-Escartin // Reviews of Modern Physics. 2017. Vol. 89, No 1.Herrero-Collantes, M. Quantum Random Number Generators / М. Herrero-Collantes, J. C. Garcia-Escartin // Reviews of Modern Physics. 2017. Vol. 89, No 1.Пикуза, М. О. Тестирование аппаратного генератора случайных чисел при помощи набора статистических тестов NIST / М. О. Пикуза, С. Ю. Михневич // Доклады БГУИР. 2021. Т. 19, № 4. С. 37– 42.Pikuza M. O., Mikhnevich S. Yu. (2021) Testing a Hardware Random Number Generator Using NIST Statistical Test Suite. Doklady BGUIR. 19 (4), 37–42 (in Russian).Chizhevsky, V. N. Symmetrization of Single-Sided or Non-Symmetrical Distributions: the Way to Enchance a Generation Rate of Random Bits from a Physical Source of Randomness / V. N. Chizhevsky // Phys. Rev. E. 2010. Vol. 82, No 5.Chizhevsky, V. N. Symmetrization of Single-Sided or Non-Symmetrical Distributions: the Way to Enchance a Generation Rate of Random Bits from a Physical Source of Randomness / V. N. Chizhevsky // Phys. Rev. E. 2010. Vol. 82, No 5.A Statistical Test Suitefor Random and Pseudorandom Number Generators for Cryptographic Applications / А. Rukhin [et al.]. Gaithersburg: National Institute of Standards and Technology, 2010.A Statistical Test Suitefor Random and Pseudorandom Number Generators for Cryptographic Applications / А. Rukhin [et al.]. Gaithersburg: National Institute of Standards and Technology, 2010.Brown, R. G. Dieharder: a Random Number Test Suite. Version 3.31.1 / R. G. Brown, D. Eddelbuettel, D. Bauer. http://webhome.phy.duke.edu/~rgb/General/dieharder.php.Brown, R. G. Dieharder: a Random Number Test Suite. Version 3.31.1 / R. G. Brown, D. Eddelbuettel, D. Bauer. http://webhome.phy.duke.edu/~rgb/General/dieharder.php.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.