ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ОЦІНЮВАННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ КРИПТОГРАФІЧНИХ ГЕНЕРАТОРІВ ПСЕВДОВИПАДКОВИХ ЧИСЕЛ
DOI:
https://doi.org/10.17721/ISTS.2025.10.30-36Ключові слова:
генератори псевдовипадкових чисел, криптографічна безпека, статистична випадковість, блокові шифри, потокові шифри, односторонні функції, криптостійкістьАнотація
Вступ. У цифрову епоху забезпечення інформаційної безпеки вимагає надійних криптографічних примітивів. Ключовим компо-нентом сучасних криптосистем є генератор псевдовипадкових чисел (ГПВЧ), який лежить в основі генерації ключів, цифрових підпи-сів, векторів ініціалізації та інших механізмів безпеки. Стійкість усієї системи часто залежить від непередбачуваності та статистичної якості генерованих послідовностей. Мета цього дослідження – експериментально оцінити ефективність різних кри-птографічних ГПВЧ за трьома критеріями: статистична випадковість, криптостійкість та обчислювальна продуктивність.
Методи. Проведено порівняльний експериментальний аналіз різних класів криптографічних генераторів псевдовипадкових чисел. Досліджено генератори на основі регістрів зсуву з лінійним зворотним зв'язком (LFSR), конгруентні методи, потокові та бло-кові шифри (напр., RC4, AES, ГОСТ 28147-89), а також односторонні функції (напр., BBS, RSA, Мікалі–Шнорр). Критерії оцінювання вклю-чали статистичні властивості (за допомогою тестів NIST SP 800-22), стійкість до криптоаналізу й обчислювальну ефективність, виміряну кількістю операцій процесора на один вихідний біт.
Результати. Експериментальні результати показали, що генератори на основі блокових і потокових шифрів (напр., AES, ГОСТ 28147-89) забезпечують найкращий баланс між криптостійкістю та продуктивністю. Навпаки, генератори на основі односто-ронніх функцій (напр., BBS, RSA) мають доведену стійкість, але страждають від низької швидкості та недостатньої довжини періоду. Прості генератори, такі як LFSR і лінійні конгруентні генератори, характеризуються високою швидкістю та гарними ста-тистичними властивостями, проте не мають криптостійкості, що робить їх непридатними для безпосереднього використання в застосунках із високими вимогами до безпеки.
Висновки. Вибір генератора псевдовипадкових чисел має ґрунтуватися на конкретних вимогах цільового застосунку – з урахуванням балансу між безпекою, швидкістю й обмеженнями реалізації. Для загальних криптографічних систем рекомендовано використовувати генератори на основі шифрів. У середовищах із підвищеними вимогами до доведеної стійкості, де продуктивність є вторинною, можуть застосовуватися теоретико-числові генератори. Подальші дослідження слід спрямувати на гібридні архі-тектури, готовність до постквантової епохи й інтеграцію з апаратними джерелами ентропії для підвищення надійності в умовах обмежених ресурсів та критично важливих інфраструктур.
Завантажити
Посилання
Barabash, O., Sobchuk, V., Musienko, A., Laptiev, O., Bohomia, V., & Kopytko, S. (2023). System Analysis and Method of Ensuring Functional Sustainability of the Information System of a Critical Infrastructure Object. In: System Analysis and Artificial Intelligence. Studies in Computational Intelligence, 1107, 177–192. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-031-37450-0_11
Berry, J. (1987). Fundamental operations in computer-assisted map analysis. International Journal of Geographical Information Systems, 1, 119–136.
Blum, L. (1986). Simple Unpredictable Pseudo-Random Number Generator. SIAM Journal on Computing, 15(2), 364–386.
Blum, M., & Micali, S. (1984). How to generate cryptographically strong sequences of pseudo-random bits. SIAM Journal on Computing, 13(4), 850–864.
Bobok, I. I., Kobozieva, A. A., Laptiev, O. A., Savchenko, V. A., Salii, A. G., & Kurtseitov, T. L. (2025). Method for Estimating the Bandwidth Capacity of a Steganographic Communication Channel. Problems of the Regional Energetics, 2, issue 66, 92–104. http://doi.org/10.52254/1857-0070.2025.2-66.08
Gorbenko, Y., & Ganzya, R. (2014). Analysis of the stability of popular cryptosystems against quantum cryptanalysis based on Grover's algorithm. Information protection, 16(2), 106–112.
Jensen, J. (2006). Remote Sensing and GIS Integration: Theories, Methods, and Applications. Geocarto International, 21(2), 5–16.
Korolev, R. V. (2009). Study of periodic properties of the RC4 stream encryption algorithm. Collection of scientific papers of the Kharkiv Air Force University, 4, 86–89. http://nbuv.gov.ua/UJRN/ZKhUPS_2009_4_22
Kuznetsov, A. (2007). Investigation of the statistical safety of generators of pseudorandom numbers. Systems Processing Information, 3(70), 79–82.
Micali, S., & Sidney, R. (1995). A simple method for generating and sharing pseudorandom functions, with applications to Clipper-like key escrow systems. Advances in Cryptology – CRYPTO'95 (LNCS 963), 185–196.
Milevskyi, S., Korol, O., Hryshchuk, O., Laptieva, T., & Yevseiev, S. (2024). Crypto-code constructions on LDPC codes properties assessment. Ukrainian Scientific Journal of Information Security, 30(2), 313–323. https://doi.org/10.18372/2225-5036.30.19244
Morawiecki, P., & Pieprzyk, J. (2013). Parallel authenticated encryption with the duplex construction. Cryptology ePrint Archive, Report 658.
Prokushev, Y., Ponomarenko, S., & Ponomarenko, S. (2021). Modeling the processes of designing information security systems in state information systems. Computational Nanotechnology, 8(1), 26–37.
Rukhin, A., & Soto, J. (2001). A Statistical Test Suite for Random and Pseudorandom Number Generators for Cryptographic Applications. NIST Special Publication 800–22. https://www.researchgate.net/publication/235090427_A_Statistical_Test_Suite_for_Random_and_Pseudorandom_Number_Generators_for_Cryptographic_Applications
Starr, J. L. (1984). Geographic information systems: a question to ask before it's too late. Machine Processing of Remotely Sensed Data with Special Emphasis on Thematic Mapper Data and Geographic Information Systems, 194–199.
Yang, C., Huang, Q., Li, Z., Liu, K., & Hu, F. (2017). Big Data and Cloud Computing: Innovation Opportunities and Challenges for GIS. Computers, Environment and Urban Systems, 61, 93–102.
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Ірада РАГІМОВА, Абдул огли Аббасгулієв ЕЮБ, Єлизавета СЄВРЮКОВА, Тетяна ЛАПТЄВА
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
