Спосіб оцінювання параметрів генератора псевдовипадкових чисел, орієнтованого на криптографічний аналіз

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.advisorРоманкевич, Олексій Михайлович
dc.contributor.authorБужацький, Володимир Михайлович
dc.date.accessioned2026-01-19T10:00:28Z
dc.date.available2026-01-19T10:00:28Z
dc.date.issued2025
dc.description.abstractАктуальність теми. Надійність сучасних криптографічних систем безпосередньо залежить від якості використаних генераторів псевдовипадкових чисел (ГПВЧ). Однак існуючі методи оцінки ГПВЧ (наприклад, стандартні статистичні батареї NIST STS) орієнтовані переважно на верифікацію готових реалізацій і не надають інструментів для системного дослідження того, як саме зміна внутрішніх параметрів конструкції (розміру стану, співвідношення швидкість/місткість, кількості раундів перестановки) впливає на компроміс між безпекою, продуктивністю та стабільністю. Це створює прогалину в інструментарії криптографічного аналізу та обумовлює актуальність розробки нового спеціалізованого способу оцінювання, спрямованого саме на дослідження параметричних залежностей. Мета роботи. Розробити спосіб та реалізувати програмний інструмент для комплексного експериментального оцінювання впливу параметрів генератору псевдовипадкових чисел на криптографічні та експлуатаційні характеристики. Об’єкт дослідження. Процес генерування псевдовипадкових послідовностей криптографічно стійкими генераторами. Предмет дослідження. Спосіб оцінювання параметрів генератора псевдовипадкових чисел, орієнтований на криптографічний аналіз. Методи дослідження. У роботі використано комплекс наукових методів: теоретичний аналіз та систематизація для вивчення архітектур ГПВЧ і методів їх оцінки; об'єктно-орієнтоване моделювання та програмна реалізація для створення конфигурованого інструменту; експериментальний метод для проведення вимірювань; методи математичної статистики (розрахунок ентропії Шеннона, коефіцієнта автокореляції) для аналізу якості послідовностей; порівняльний аналіз для оцінки ефективності різних конфігурацій. Наукова новизна. Наукова новизна полягає в розробці нового способу оцінювання параметрів ГПВЧ, що відрізняється наступним: • Запропоновано інтегрований підхід, що поєднує в єдиному програмному інструменті можливість гнучкого налаштування параметрів ГПВЧ, автоматизований розрахунок криптографічних метрик (ентропія, автокореляція), бенчмаркінг продуктивності та довготривалий моніторинг стабільності. • Розроблено методику системного параметричного аналізу, що дозволяє експериментально досліджувати функціональні залежності між архітектурними параметрами та вихідними характеристиками, а не просто тестувати готові конфігурації на відповідність. • Отримано нові кількісні результати щодо впливу параметрів на продуктивність і ентропію, що дозволяє оптимізувати вибір конфігурацій. Практична цінність. Практична цінність роботи полягає в наступному: • Створено готовий до використання програмний інструмент на мові Java, що може застосовуватися розробниками та дослідниками для аналізу та порівняння різних конфігурацій Duplex-Sponge ГПВЧ. • На основі експериментальних даних сформовано конкретні рекомендації щодо вибору оптимальних параметрів для різних сценаріїв застосувань (максимальна швидкість, універсальне використання, максимальна безпека). • Запропонований спосіб і інструмент можуть бути інтегровані в процес проектування криптографічних систем для обґрунтованого вибору параметрів генератора, підвищуючи ефективність розробки. Особистий внесок магістранта. Особистий внесок автора полягає в самостійному проведенні теоретичного аналізу, розробці архітектури та повній програмній реалізації інструменту, плануванні та проведенні всіх експериментальних досліджень, обробці отриманих даних, формулюванні висновків та практичних рекомендацій. Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати дослідження були представлені та обговорені на XVIII конференцію магістрантів та аспірантів ПМК-2025 року (Київ, 19- 21 листопада 2025 р.); Структура та обсяг роботи. Магістерська дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку використаних джерел з 13 найменувань. Повний обсяг роботи становить 81 сторінок, що містять 8 рисунків та 6 таблиць.
dc.description.abstractotherRelevance of the topic. The reliability of modern cryptographic systems directly depends on the quality of the pseudorandom number generators (PRNGs) used. However, existing methods for evaluating PRNGs (e.g., standard statistical test suites like NIST STS) are primarily oriented towards verifying ready-made implementations and do not provide tools for systematically studying how precisely changes in internal design parameters (state size, rate/capacity ratio, number of permutation rounds) affect the trade-off between security, performance, and stability. This creates a gap in the toolkit for cryptographic analysis and justifies the relevance of developing a new specialized evaluation method aimed specifically at investigating parametric dependencies. The aim of the work. To develop a method and implement a software tool for the comprehensive experimental evaluation of the influence of pseudorandom number generator parameters on cryptographic and operational characteristics. The object of the study. The process of generating pseudorandom sequences by cryptographically secure generators. The subject of the study. A method for evaluating pseudorandom number generator parameters, oriented towards cryptographic analysis. Research methods. The work employs a set of scientific methods: theoretical analysis and systematization for studying PRNG architectures and their evaluation methods; object-oriented modeling and software implementation for creating a configurable tool; experimental method for conducting measurements; methods of mathematical statistics (calculation of Shannon entropy, autocorrelation coefficient) for analyzing sequence quality; comparative analysis for assessing the efficiency of different configurations. Scientific novelty. The scientific novelty lies in the development of a new method for evaluating PRNG parameters, distinguished by the following: • For the first time, an integrated approach has been proposed, combining in a single software tool the capability for flexible PRNG parameter configuration, automated calculation of cryptographic metrics (entropy, autocorrelation), performance benchmarking, and long-term stability monitoring. • A methodology for systematic parametric analysis has been developed, allowing for the experimental investigation of functional dependencies between architectural parameters and output characteristics, rather than merely testing ready-made configurations for compliance. • New quantitative results regarding the influence of parameters on performance and entropy have been obtained, enabling the optimization of configuration choices. Practical value. The practical value of the work is as follows: • A ready-to-use software tool in Java has been created, applicable by developers and researchers for analyzing and comparing different configurations of Duplex-Sponge PRNGs. • Based on experimental data, specific recommendations for selecting optimal parameters for different application scenarios (maximum speed, universal use, maximum security) have been formulated. • The proposed method and tool can be integrated into the cryptographic system design process for well-founded generator parameter selection, thereby enhancing development efficiency. Personal contribution of the Master's student. The author's personal contribution consists of independently conducting the theoretical analysis, developing the architecture and fully implementing the software tool, planning and carrying out all experimental research, processing the obtained data, formulating conclusions, and providing practical recommendations. Approbation of the thesis results. The main provisions and results of the research were presented and discussed at the XVIII Conference of Master's and Postgraduate Students "PMK-2025" (Kyiv, November 19-21, 2025). Structure and volume of the work. The Master's thesis consists of an introduction, four chapters, general conclusions, and a list of references containing 13 sources. The total volume of the work is 81 pages, containing 8 figures and 6 tables.
dc.format.extent90 с.
dc.identifier.citationБужацький, В. М. Спосіб оцінювання параметрів генератора псевдовипадкових чисел, орієнтованого на криптографічний аналіз : магістерська дис. : 123 Комп’ютерна інженерія / Бужацький Володимир Михайлович. – Київ, 2025. – 90 с.
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/78204
dc.language.isouk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорського
dc.publisher.placeКиїв
dc.subjectгенератор псевдовипадкових чисел
dc.subjectкриптографічний аналіз
dc.subjectDuplex-Sponge конструкція
dc.subjectоцінювання параметрів
dc.subjectентропія
dc.subjectавтокореляція
dc.subjectAscon
dc.subjectпрограмний інструмент.
dc.subjectpseudorandom number generator
dc.subjectcryptographic analysis
dc.subjectDuplex-Sponge construction
dc.subjectparameter evaluation
dc.subjectentropy
dc.subjectautocorrelation
dc.subjectsoftware tool.
dc.subject.udc004.05
dc.titleСпосіб оцінювання параметрів генератора псевдовипадкових чисел, орієнтованого на криптографічний аналіз
dc.typeMaster Thesis

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Buzhatskiy_magistr.pdf
Розмір:
981.61 KB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Магістерські роботи (СПСКС)
Магістерські роботи