Введение
1 Проблема генерации случайных последовательностей без использования дополнительного оборудования 14
1.1 Генераторы случайных последовательностей в системах защиты информации 14
1.1.1 Требование равенства энтропии 15
1.1.2 Требование непредсказуемости влево и вправо 16
1.1.3 Автокорреляционные свойства 17
1.2 Быстродействие генераторов случайных последовательностей 18
1.3 Генераторы псевдослучайных последовательностей 19
1.3.1 Генератор Fortuna 21
1.3.2 Генератор Linux 23
1.3.3 Генератор Windows 25
1.4 Основные методы построения генераторов случайных последовательностей 26
1.4.1 Внешние аппаратные генераторы случайных последовательностей 27
1.4.2 Биологические генераторы случайных последовательностей 28
1.4.3 Генераторы, встроенные в центральные процессоры 30
1.4.4 Фиксирование аппаратных прерываний 32
1.4.5 Измерение времени отклика оборудования 33
1.4.6 Измерение погрешности счетчиков времени 35
1.4.7 Измерение времени доступа к памяти 37
1.5 Тестирование генераторов случайных последовательностей 39
1.5.1 Постулаты Голомба 39 1.5.2 Тесты с использованием критерия/2 40
1.5.3 Спектральный критерий 43
1.5.4 Пакетные тесты DIEHARD 44
1.5.5 Пакетные тесты NIST 45
1.6 Сравнение подходов к генерации случайных последовательностей 48
1.7 Выводы 51
2 Построение методики генерации случайных последовательностей с помощью штатных средств вычислительной системы 52
2.1 Модель нарушителя 52
2.1.1 Возможности нарушителя 53
2.1.2 Меры противодействия нарушителю 54
2.1.3 Способы проникновения нарушителя 56
2.2 Предпосылки для поиска случайных величин 57
2.2.1 Автоматная модель ОЗУ 58
2.2.2 Анализ процесса доступа к ОЗУ 62
2.2.3 Принцип функционирования механизма кэширования 67
2.3 Методика генерации случайной последовательности 69
2.3.1 Алгоритм измерения времени доступа к памяти 69
2.3.2 Исключение периодической составляющей 76
2.3.3 Предлагаемая методика генерации случайных последовательностей на основе измерения времени доступа к памяти 81
2.4 Выводы 82
3 Архитектура генератора случайных последовательностей 84
3.1 Предлагаемая архитектура генератора 84
3.1.1 Управляющий блок 85
3.1.2 Измеритель времени 88
3.1.3 Фильтр 89
3.1.4 Преобразователь 92
3.1.5 Накопитель 94
3.2 Рекомендации по встраиванию генератора 96
3.3 Противодействие нарушителю 96
3.4 Выводы 98
4 Экспериментальная проверка предложенной методики генерации случайных последовательностей 99
4.1 Описание реализации методики 99
4.2 Выбор операционной системы для реализации 99
4.3 Реализация компонентов 100
4.4 Описание тестовых стендов 102
4.5 Характеристики последовательности измерений, проведенных с включенной кэш-памятью 103
4.6 Характеристики последовательности измерений, проведенных с включенной кэш-памятью 104
4.7 Исследование периодической составляющей полученных последовательностей 104
4.8 Применение метода фильтрации последовательности 105
4.9 Автокорреляционные свойства полученных последовательностей 109
4.10 Тестирование генератора случайных последовательностей при различных параметрах внешней среды 111
4.10.1 Тестирование зависимости характеристик ГСП от изменения нагрузки в сетях энергоснабжения 111
4.10.2 Тестирование зависимости характеристик ГСП от изменения напряжения процессора 112 4.11 Статистическое тестирование последовательностей 113
4.12 Тестирование производительности генератора 116
4.13 Внедрение предложенной методики генерации случайных последовательностей 117
4.13.1 Внедрение в КриптоПро CSP4.0 117
4.13.2 Внедрение в АО фирма «Актив» 118
4.13.3 Внедрение в учебный процесс кафедры «Криптология и дискретная математика» НИЯУ МИФИ 119
4.14 Выводы 120
Заключение 122
Список использованных источников
