Разработка и анализ характеристик генератора случайных чисел на основе магнитометров

Формирование случайных запросов при реализации большого числа криптографических протоколов, например, протоколов выработки общего секретного ключа, разделения секрета, подбрасывание монеты,

Разработка и анализ характеристик генератора случайных чисел на основе магнитометров

Дипломная работа

Компьютеры, программирование

Другие дипломы по предмету

Компьютеры, программирование

Сдать работу со 100% гаранией
1

Реферат

Тема дипломной работы: Разработка и анализ характеристик генератора случайных чисел на основе магнитометров

Пояснительная записка содержит:

листов71.

рисунков31.

таблиц5.

Перечень ключевых слов: криптографическая система, генератор случайных чисел, магнитометр.

Цель работы: Разработка генератора случайных чисел, основанный на показаниях датчика, измеряющего напряженность магнитного поля Земли, в смартфоне.

Область применения: Данный генератор случайных чисел может использоваться в различных криптографических приложениях.

Оглавление

Реферат

Введение

1. Анализ способов построения генераторов случайных чисел для криптографических задач

1.1 Генераторы случайных чисел в криптографии

1.2 Характеристики ГСЧ

1.3 Виды генераторов случайных чисел (ГСЧ)

1.3.1 Аппаратные ГСЧ

1.3.2 Биометрические ГСЧ

1.3.3 Программные ГСЧ

1.4 Применение ГСЧ

Вывод по главе

2. Разработка и анализ генератора случайных чисел на основе магнитометров

2.1 Магнитное поле Земли

2.2 Магнитометр

2.2.1 .Классификация магнитометров

2.2.2 Геомагнитный датчик в смартфоне

2.3 Датчик основанный на эффекте Холла

2.3.1 Трехосевые электронные компасы

2.4 Характеристика исследуемого датчика

2.5 Разработка программы для вывода данных

Вывод по главе

3. Анализ характеристик генератора случайных чисел на основе магнитометра

3.1 Графические тесты

3.1.1 Гистограмма распределения элементов

3.1.2 Распределение на плоскости

3.2 Анализ числовых характеристик последовательностей по результатам измерений

3.3 Анализ статистических свойств двоичных последовательностей, полученных путем квантования данных магнитометра по критериям НИСТ

3.3.1 Математические основы оценивания случайной последовательности

3.3.2 Методика тестирования NISTSTS

3.4 Описание тестов NIST

3.5 Выполнение тестов с использованием программы NISTSTS.exe

3.6 Результаты анализа статистических характеристик ГСЧ

Вывод по главе

Заключение

Список использованной литературы и ресурсов сети Интернет

Приложение к дипломной работе

Введение

криптографический генератор случайный магнитометр

Сфера применения генераторов псевдослучайных последовательностей (ПСП) чрезвычайно широка. Можно выделить, например, следующие области их использования:

    Космическая связь;

    Коды, обнаруживающие и исправляющие ошибки;

    Встроенное самотестирование СБИС;

    Защита информации и др.

Генераторы случайных последовательностей в области защиты информации используются для решения следующих задач:

    Генерации гаммирующих последовательностей при цифровании информации по схеме, наиболее близкой к схеме абсолютно стойкого шифра;

    Хешировании информации;

    Формировании ключевой информации, на секретности и качестве которой основывается стойкость криптоалгоритмов;

    Формирование случайных запросов при реализации большого числа криптографических протоколов, например, протоколов выработки общего секретного ключа, разделения секрета, подбрасывание монеты, привязка к биту, аутентификации, электронной подписи и др.;

    Внесении неопределенности в работу защищаемых аппаратно-программных средств;

    Внесения неопределенности в работу средств защиты, например, при реализации концепции вероятностного шифрования, при котором одному и тому же исходному тексту при одном и том же ключе соответствует огромное множество шифротекстов.

Генератор случайных чисел – один из ключевых элементов любой криптографической системы. В последние годы придумано много способов получения случайных и псевдослучайных чисел из различных источников. Большинство криптографических приложений, защищающих транзакции, используют генераторы случайных чисел для создания ключей, с помощью которых шифруется и дешифруется нужная информация. Однако именно используемые генераторы являются самым слабым местом в большинстве систем шифрования. Дело в том, что программные генераторы полностью детерминированы, обычно они используют различные сложные функции для вычисления псевдослучайных чисел.

Качественные генераторы истинно случайных последовательностей основываются на различных физических процессах и явлениях, таких как радиоактивный распад, шумы аналоговых сетей, тепловые шумы, флуктуационные шумы и т.д.

Цель работы: анализ статических характеристик генератора случайных чисел на основе магнитометра.

Дипломная работа состоит из трёх глав.

В первой главе проанализированы основные способы построения генераторов случайных чисел для решения криптографических задач. Рассмотрены три основных вида ГСЧ, исследованы их характеристики и область дальнейшего применения.

Вторая глава посвящена разработке и анализу ГСЧ на основе магнитометров. Рассмотрен принцип работы магнитометра и описана классификация существующих магнитометров. Представлена характеристика исследуемого датчика и осуществлена разработка программного обеспечения для операционной системы Android, позволяющая выводить данные измерений на внешнее устройство (компьютер).

Третья глава дипломной работы посвящена анализу характеристик случайных чисел на основе магнитометра. Представлены графические тесты и проведен анализ статистических свойств двоичных последовательностей, полученных путем квантования данных магнитометра по критериям НИСТ.

    Анализ способов построения генераторов случайных чисел для криптографических задач


1.1 Генераторы случайных чисел в криптографии

Процесс генерации случайных чисел является основной частью многих криптографических операций. Например, криптографические ключи должны выбираться настолько случайно, насколько это возможно, чтобы было фактически невозможно воспроизвести их значения. Криптографические генераторы случайных чисел должны выдавать данные, которые невозможно предугадать с вероятностью выше p≤0,5; это означает, что любой метод предсказания очередного выходного бита должен действовать не лучше, чем просто случайное угадывание.

Генераторы ПСЧ находя широкое применение в криптографии, например, при потоковом шифровании. Однако иногда бывает необходимо генерировать совершенно непредсказуемые или попросту абсолютно случайные числа. Такие генераторы называются генераторами случайных чисел(randomnumbergenerator) или сокращенно ГСЧ (RNG). Генератор настоящих случайных чисел в зависимости от некоторого инициализирующего значения выдает последовательность, которая не может быть впоследствии повторена.

Одной из главных областей применения генераторов случайных чисел является формирование уникальных ключей для шифрования. В любой системе передачи секретных данных требуется множество ключей для всех пользователей системы. В принципе ключи шифрования можно получать с помощью генератора псевдослучайных чисел, используя, например, алгоритм RC4 или блочный шифр в режиме OFB. Однако, если противник вдруг узнает ключ, использовавшийся для генерации псевдослучайных ключей, он сможет сгенерировать точно такие же ключи и вскрыть все передаваемые в системе сообщения. Следовательно, секретные ключи должны быть действительно случайными. Поэтому задача генерирования последовательностей настоящих случайных чисел представляет большой интерес для разработчиков криптосистем.

Наилучшие характеристики будут иметь генераторы случайных чисел, основанные на естественных случайностях реального мира. Например, можно создать ГСЧ, основанные на следующих данных:

    Количество импульсов счетчика Гейгера за единицу времени, например, за 1 секунду;

    Числа, оказывающиеся на верхней грани игрального кубика при произвольном броске;

    Количество самолетов, пролетающих над определенным районом в единицу времени, например, месяц.

Кроме того, параметры других различных физических явлений могут быть положены в основу ГСЧ. К сожалению, многие методики получения настоящих случайных чисел не могут быть реализованы на практике, так как используемый в криптографических целях генератор должен быть компактным, быстрым (генерировать числа за доли секунды), независящим от внешних факторов и условий окружающей среды.

Тем не менее, разработчики интегральных схем конструируют и производят аппаратные ГСЧ, основанные на разных принципах. Например, разработан способ с использование двух конденсаторов типа «металл – диэлектрик – полупроводник». Случайное значение является функцией разности зарядов этих конденсаторов. В другом устройстве обрабатываются и используются значение температурного шума полупроводникового диода.

Предлагаются и программно-аппаратные методы для получения случайных чисел. Известны методы, основанные на шуме звуковой карты персонального компьютера, значений счетчика тактов процессора, скорости вращения жесткого диска компьютера или значения системного таймера. Полученные каким-либо образом случайные данные обрабатываются криптостойким генератором ПСЧ и только после такой обработки используются.


1.2 Характеристики ГСЧ

Последовательности случайных чисел, формируемых тем или иным ГСЧ, должны удовлетворять ряду требований. Во-первых, числа должны выбираться из определенного множества (чаще всего это действительные числа в интервале от 0 до 1 либо целые от 0 до N). Во-вторых, последовательность должна подчиняться определённому распределению на заданном мн

Лучшие

Похожие работы

1 2 3 4 5 > >>