Генератор псевдослучайных последовательностей

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники, техники криптографического кодирования и передачи дискретной информации и наиболее эффективно может быть использовано для получения случайных последовательностей импульсов большой неповторяющейся длительности.

Аналогом изобретения является устройство для генерации псевдослучайной последовательности двоичных чисел с использованием эллиптических кривых, содержащее первый блок памяти, имеющий ячейки для хранения параметров используемой эллиптической кривой и ячейку для записи и хранения текущего значения секретного параметра Sy, таймер, с которого считывается текущее значение времени в виде последовательности двоичных бит, два блока вычисления хэш-функции, операционный блок для преобразования последовательности двоичных бит в пару последовательностей двоичных бит, представляющих собой координаты точки эллиптической кривой, вычислительный блок, производящий перемножение значений координат точек эллиптической кривой, два блока конкатенации, производящих конкатенацию поступающих на их входы последовательностей двоичных бит, второй блок памяти, предназначенный для накапливания выходной псевдослучайной последовательности двоичных чисел, при этом первый информационный выход первого блока памяти, с которого считывается значение текущего секретного параметра Sy, соединен со вторым входом первого блока конкатенации, с первым входом которого соединен выход таймера и второй вход второго блока конкатенации, выход первого блока конкатенации соединен с входом первого блока вычисления хэш-функции, выход которого соединен с первым входом операционного блока, на второй вход которого со второго информационного выхода первого блока памяти поступают параметры эллиптической кривой, первый и второй выходы операционного блока, на которых формируются значения координат точки эллиптической кривой, соединены с первым и вторым информационными входами вычислительного блока, третий и четвертый информационные входы которого соединены с третьим и четвертым информационными выходами первого блока памяти, с которых считываются координаты примитивного элемента В группы точек эллиптической кривой, пятый информационный вход вычислительного блока соединен со вторым информационным выходом первого блока памяти, выход вычислительного блока, на котором формируется последовательность двоичных бит, представляющая собой у-координату результата перемножения и являющаяся текущим значением секретного параметра Sy, соединен с первым входом второго блока конкатенации и входом ячейки первого блока памяти, в которой хранится значение текущего секретного параметра Sy, выход второго блока конкатенации соединен с входом второго блока вычисления хэш-функции, выход которого соединен с входом второго блока памяти, при этом в качестве хэш-функции используется хэш-функция MD5 (RU 2294559 С1, 27.02.2007).

Недостатком аналога является низкое качество получения источника энтропии ПСП (далее - инициализатора ПСП), обусловленное наличием двух блоков вычисления хеш-функции, выходы которых соединены с входом операционного блока и входом блока памяти соответственно. В рассматриваемых блоках применяется алгоритм MD5, который подвержен нахождению коллизий и прообраза, а, следовательно, не отвечает требованиям, предъявляемым к генераторам ПСП в криптографических задачах, так как на данный момент существуют алгоритмы, позволяющие находить две различные последовательности длиной 128 бит, которые дают одинаковый MD5-хеш.

Прототипом изобретения является генератор псевдослучайных последовательностей, содержащий блок формирования тактовых импульсов, блок управления и настройки, блок генерации псевдослучайных последовательностей, блок программного задания структуры обратных связей и начального состояния блока генерации псевдослучайных последовательностей, блок программного задания кода структуры выходной последовательности, блок анализа структуры выходной последовательности, блок сравнения кодов, при этом выход блока формирования тактовых импульсов соединен с входами тактирования всех остальных блоков генератора, блок управления и настройки связан с внешним устройством, на выходах формирует сигналы запуска и останова процесса генерации, управления процессами программного ввода от внешнего устройства в соответствующие блоки кодов, определяющих структуру обратных связей и начальное состояние блока генерации, кодов, задающих структуру выходной последовательности генератора, установки блоков сравнения кодов и анализа структуры выходной последовательности в начальное состояние, осуществляет запуск и остановку блока формирования тактовых импульсов, выходы блока программного задания структуры обратных связей и начального состояния блока генерации псевдослучайных последовательностей связаны с входами блока генерации псевдослучайных последовательностей, выход которого является выходом генератора псевдослучайных последовательностей и связан с входом блока анализа структуры выходных последовательностей, выполняющего структурный анализ выходных последовательностей, выход которого соединен с входом блока сравнения кодов, второй вход которого связан с выходом блока задания структуры выходной последовательности, выход которого связан с входом блока управления и настройки и входом блока генерации псевдослучайных последовательностей (RU 2557764 С2, 27.07.2015).

Недостатком прототипа является отсутствие криптостойкости, вызванное линейной связью сгенерированных битов, подверженных криптоанализу. Уязвимость прототипа заключается в том, что в результате анализа результатов можно получить последовательность бит начального состояния регистра.

Задачей изобретения является усовершенствование блока генерации ПСП, позволяющее улучшить характеристики случайности генерации ПСП.

Техническим результатом является обеспечение генерации криптографически стойкой ПСП и повышение качества вычисления инициализатора ПСП.

Технический результат достигается тем, что генератор ПСП содержит блок генерации ПСП, блок формирования тактовых импульсов, выход которого соединен с первым входом блока генерации ПСП, при этом устройство дополнительно содержит блок инициализации ПСП, выход которого соединен со вторым входом блока генерации, блок питания, выход которого соединен с третьим входом блока генерации, блок вывода ПСП, вход которого соединен с выходом блока генерации ПСП.

Обеспечение повышения качества вычисления инициализатора ПСП и криптографической стойкости ПСП достигается за счет дополнительной установки блока инициализации ПСП, выход которого соединен со вторым входом блока генерации, блока питания, выход которого соединен с третьим входом блока генерации, блока вывода ПСП, вход которого соединен с выходом блока генерации, при этом блок генерации выполнен из вычислительного устройства, вычисляющего значение хеш-функции SHA-256, устойчивой к нахождению коллизий и прообраза, с переводом полученного значения в двоичную последовательность, первый выход которого соединен с первым входом блока вывода ПСП. Исходное сообщение блока инициализации разбивается на части, каждая часть - на 16 бит. Далее оно пропускается через цикл с 64 или 80 итерациями (раундами). На каждой итерации 2 слова преобразуются, функцию преобразования задают остальные слова. Результаты обработки каждого блока складываются, сумма является значением хеш-функции. Таким образом, инициализация внутреннего состояния производится результатом обработки предыдущей части сообщения.

На фиг. изображена схема генератора ПСП.

Генератор псевдослучайной последовательности содержит блок генерации ПСП 1, выход которого соединен со входом блока вывода ПСП 5, блок инициализации ПСП 2, выход которого соединен со вторым входом блока генерации 1, блок питания 3, выход которого соединен с третьим входом блока генерации 1, блок формирования тактовых импульсов 4, выход которого соединен с первым входом блока генерации 1, блок вывода ПСП 5, вход которого соединен с выходом блока генерации 1.

Устройство работает следующим образом.

Блок инициализации ПСП 2 создает совокупность строковых данных, представляющих из себя значение текущей даты с точностью до секунд и количества миллисекунд с момента включения устройства, и посылает ее через выход во второй вход блока генерации 1. Блок питания 3 подает напряжение 5 В через выход в третий вход блока генерации 1. Блок формирования тактовых импульсов 4 передает импульсы через выход в первый вход блока генерации ПСП 1. Блок генерации ПСП 1 передает сгенерированную последовательность через выход во вход блока вывода ПСП 5. Блок вывода ПСП 5 выводит полученную последовательность в читаемом виде. Таким образом, ключевая особенность разработанного метода генерации ПСП состоит в необратимости хеширования. Пропустив данные от инициализатора через генератор, их с большой долей вероятности невозможно скомпрометировать.