Тестирование аппаратного генератора случайных чисел при помощи набора статистических тестов NIST

Генераторы случайных чисел необходимы для работы систем криптографической защиты информации. В сфере защиты информации для корректного применения генератора необходимо, чтобы его выходная последовательность была неотличима от равномерно распределенной случайной последовательности. Для того чтобы в этом убедиться, необходимо провести тестирование выходной последовательности генератора с помощью различных наборов статистических тестов, таких как Dihard и NIST. Целью данной работы является тестирование опытного образца аппаратного генератора случайных чисел. Генератор построен на основе шумового диода ND103L и на выходе имеет случайную цифровую последовательность двоичных чисел. В опытном образце присутствует возможность регулирования величины обратного тока через шумовой диод, а также задания периода снятия данных, т. е. частоты генерации данных. В ходе работы с генератора был снят ряд последовательностей случайных чисел при различных значениях обратного тока через шумовой диод, периода снятия данных и температуры окружающей среды. Полученные последовательности были протестированы с помощью набора статистических тестов NIST. После анализа результатов тестирования был сделан вывод, что генератор относительно стабильно работает в некотором диапазоне исходных параметров, при этом ухудшение качества работы генератора за пределами этого диапазона связано с техническими характеристиками шумового диода. Также был сделан вывод, что исследуемый генератор применим в определенных приложениях, и для улучшения стабильности работы можно осуществить его доработку как в аппаратной части, так и программной. Результаты данной работы могут быть полезны разработчикам аппаратных генераторов случайных чисел, построенных по схожей схеме.

1. Rukhin A., Soto J., Nechvatal J., Smid M., Barker E., Leigh S., Levenson M., Vangel M., Hecket A., Dray J., Vo S. A Statistical Test Suitefor Random and Pseudorandom Number Generators for Cryptographic Applications. Gaithersburg: National Institute of Standards and Technology; 2010.

2. Будько М.Б., Будько М.Ю., Гирик А.В., Грозов В.А. Методы генерации и тестирования случайных последовательностей. СПб.: Университет ИТМО; 2019.

3. Буслюк В.В., Ворончук С.И., Лешкевич И.В. Режимы применения кремниевых генераторных диодов для создания широкоплосного шума. 5-я Международная научная конференция «Материалы и структуры современной электроники». 2012;1:24-27.

4. Herrero-Collantes M., Garcia-Escartin J.C. Quantum Random Number Generators. Reviews of Modern Physics. 2017;89(1).

5. Буслюк В.В., Нерода И.Ю., Петлицкий А.Н., Просолович В.С., Янковский Ю.Н., Лановский Р.А. Электрофизические параметры генераторных диодов для создания широкополосного шума. Журнал Белорусского государственного университета. Физика. 2017;1:95-99.