bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2023-21-3-34-40bsuir-3644Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА, РАДИОФИЗИКА, РАДИОТЕХНИКА, ИНФОРМАТИКАELECTRONICS, RADIOPHYSICS, RADIOENGINEERING, INFORMATICSСтабильность характеристик физических генераторов случайных чиселStability of Characteristics of Physical Random Number GeneratorsПикузаМ. О.PikuzaM. O.

Пикуза Максим Олегович, аcпирант кафедры информационных радиотехнологий Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники; инженер тематического отдела ОАО «КБ Радар» – управляющая компания холдинга «Системы радиолокации»

220062, г. Минск, просп. Независимости, 117а

Тел.: +375 33 650-31-78

Pikuza Maksim Olegovich, Postgraduate at the Department of Information Radiotechnologies of the Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics; Engineer at the Thematic Department 

220062, Minsk, Nezavisimosti Ave., 117a

Tel.: +375 33 650-31-78

maksimpikuza@gmail.comМихневичС. Ю.MikhnevichS. Yu.

Михневич С. Ю., к. ф.-м. н., доцент, заведующая кафедрой инфокоммуникационных технологий

Минск

Cand. of Sci., Associate Professor, Head of the Department of Infocommunication Technologies

Minsk

СенкевичА. Ю.SiankevichA. Yu.

Сенкевич А. Ю., лаборант кафедры инфокоммуникационных технологий

Минск

Laboratory Assistant at the Department of Infocommunication Technologies

Minsk

«КБ Радар» – управляющая компания холдинга «Системы радиолокации»“KB Radar” – Managing Director Holding Company of “Radar Systems”Белорусская государственная академия связиBelarusian State Academy of Communications2023210620232133440Copyright © Пикуза М.О., Михневич С.Ю., Сенкевич А.Ю., 20232023Пикуза М.О., Михневич С.Ю., Сенкевич А.Ю.Pikuza M.O., Mikhnevich S.Y., Siankevich A.Y.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/3644

Развитие технологий приводит к необходимости пересмотра используемых методов получения криптографических ключей. На параметры случайности последовательностей, сгенерированных физическими генераторами случайных последовательностей, влияют физические параметры регистрирующей аппаратуры и окружающей среды. Получены требования к случайности последовательности при прохождении бинарного теста. Продемонстрировано, что с увеличением длины последовательности требования к возможным отклонениям от равновероятного распределения 0 и 1 возрастают. Оценена стабильность случайности последовательностей, выданных генератором на основе изучения фотонов. Исследуемый генератор состоит из светодиода и кремниевого малогабаритного фотоумножителя, предназначенного для регистрации светового излучения малой мощности. Показаны возможные физические процессы, приводящие к ухудшению случайности последовательностей. Оценена возможность использования генератора случайных числовых последовательностей на основе кремниевого малогабаритного фотоумножителя для криптографических целей.

The development of technologies leads to the need of revising the methods used to obtain cryptographic keys. The randomness parameters of sequences generated by physical random sequence generators are affected by the physical parameters of the recording equipment and the environment. The requirements for the randomness of the sequence, when passing the binary test, are obtained. It is shown that as the sequence length increases, the requirements for possible deviations from the equiprobable distribution of 0 and 1 increase. The randomness stability of the sequences generated by the generator based on the study of photons is estimated. The oscillator under study consists of an LED and a compact silicon photomultiplier designed to detect low-power light radiation. Possible physical processes leading to the deterioration of the randomness of sequences are shown. The possibility of using a generator of random numerical sequences based on a small-sized silicon photomultiplier for cryptographic purposes is estimated.

случайная бинарная последовательностьгенератор случайных чиселкремниевый фотоумножительдостоверность тестабинарный тесткриптографический ключrandom binary sequencerandom number generatorsilicon photomultipliertest reliabilitybinary testcryptographic keyReferencesBernstein, D. J. Post-Quantum Cryptography / D. J. Bernstein, T. Lange // Nature. 2017. Vol. 13, No 549. Р. 188–194. DOI: 10.1038/nature23461.Bernstein D. J., Lange T. (2017) Post-Quantum Cryptography. Nature. 13 (549), 188–194. Doi: 10.1038/nature23461.Пикуза, М. О. Оптимизация режимов работы генераторов случайных чисел / М. О. Пикуза, С. Ю. Михневич // Проблемы инфокоммуникаций. 2022. Т. 2, № 16. С. 46–51.Pikuza M. O., Mikhnevich S. Yu. (2022) Operating Modes Optimization of Random Number Generators. Problems of Infocommunications. 2 (16), 46–51 (in Russian).Herrero-Collantes, M. Quantum Random Number Generators / М. Herrero-Collantes, J. C. Garcia-Escartin // Reviews of Modern Physics. 2017. Vol. 89, No 1. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.89.015004.Herrero-Collantes M., Garcia-Escartin J. C. (2017) Quantum Random Number Generators. Reviews of Modern Physics. 89 (1). https://doi.org/10.1103/RevModPhys.89.015004.A Statistical Test Suite for Random and Pseudorandom Number Generators for Cryptographic Applications / A. Rukhin [et al.]. Gaithersburg: National Institute of Standards and Technology. 2010. 131 p.Rukhin A., Soto J., Nechvatal J., Smid M., Barker E., Leigh S., Levenson M., Vangel M., Banks D., Hecket A., Dray J., San Vo (2010) A Statistical Test Suitefor Random and Pseudorandom Number Generators for Cryptographic Applications. Gaithersburg, National Institute of Standards and Technology Publ. 131.Carnahan, L. J. Security Requirements for Cryptographic Modules / L. J. Carnahan, M. E. Smid. Gaithersburg: National Institute of Standards and Technology, 1994.Carnahan L. J., Smid M. E. (1994) Security Requirements for Cryptographic Modules. Gaithersburg, National Institute of Standards and Technology Publ.Барановский, О. К. Исследование возможности использования лавинных фотодиодов в режиме одноквантовой регистрации для создания квантовых генераторов случайных чисел / О. К. Барановский, О. Ю. Горбадей, А. О. Зеневич // Приборы и техника эксперимента. 2018. № 1. С. 34–38. DOI: 10.7868/S0032816218010147.Baranovsky O. K., Gorbadei O. Yu., Zenevich A. O. (2018) Investigation of the Possibility and Use ofAvalanche Photodiodes in the Mode of Single-Quantum Registration for the Creation of Quantum Random Number Generators. Instruments and Technique of Experiment. (1), 34–38. DOI: 10.7868/S0032816218010147 (in Russian).Асаенок, М. А. Исследование возможности использования кремниевых фотоэлектронных умножителей для создания генераторов случайных числовых последовательностей / М. А. Асаенок, А. О. Зеневич, Е. В. Новиков // Известия вузов. Электроника. 2020. Т. 25, № 2. С. 114–122. DOI: 10.24151/1561-5405-2020-25-2-114-122.Asayonok M. A., Zenevich A. O., Novikov E. V. (2020) Study of the Possibility of Using Silicon Photoelectronic Multipliers to Create Generators of Random Numerical Sequences. University News. Electronics. 25 (2), 114–122. DOI: 10.24151/1561-5405-2020-25-2-114-122 (in Russian).Гулаков, И. Р. Влияние температуры на одноквантовые характеристики лавинных фотоприемников / И. Р. Гулаков, В. Л. Козлов, А. О. Зеневич // Доклады БГУИР. 2004. № 4. С. 21–25.Gulakov I. R., Kozlov V. L., Zenevich A. O. (2004) Influence of Temperature on Single-Quantum Characteristics of Avalanche Photodetectors. Doklady BGUIR. (4), 21–25 (in Russian).Асаенок, М. А. Коэффициент усиления кремниевого фотоэлектронного умножителя с низким напряжением питания / М. А. Асаенок, О. Ю. Горбадей, А. О. Зеневич // Проблемы инфокоммуникаций. 2017. № 2. С. 82–87.Asayonok M. A., Gorbadei O. Yu., Zenevich A. O. (2017) Low Voltage Silicon Photomultiplier Gain. Problems of Infocommunications. 2 (6), 82–87 (in Russian).Асаенок, М. А. Температурные характеристики кремниевых фотоэлектронных умножителей / М. А. Асаенок, О. Ю. Горбадей, А. О. Зеневич // Доклады БГУИР. 2018. № 2. С. 54–58.Asayonok M. A., Gorbadei O. Yu., Zenevich A. O. (2018) Temperature Characteristics of Silicon Photomultipliers. Doklady BGUIR. (2), 54–58 (in Russian).Асаенок, М. А. Исследование характеристик кремниевых фотоэлектронных умножителей / М. А. Асаенок, А. О. Зеневич // Прикладная физика. 2018. № 6. С. 49–53.Asayonok M. A., Zenevich A. O. (2018) Study of the Characteristics of Silicon Photomultipliers. Applied Physics. (6), 49–53 (in Russian).Асаенок, М. А. Исследование амплитудных характеристик кремниевых фотоэлектронных умножителей / М. А. Асаенок, А. О. Зеневич, Е. В. Новиков // Прикладная физика. 2019. № 6. С. 97.Asayonok M. A., Zenevich A. O., Novikov E. V. (2019) Investigation of the Amplitude Characteristics of Silicon Photomultipliers. Applied Physics. (6), 96–101 (in Russian).

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