Анализ способов построения генераторов случайных чисел для криптографических задач

Стр 1 из 13Следующая ⇒

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ ИМ. ПРОФ. М.А. БОНЧ-БРУЕВИЧА»

(СПбГУТ)

Факультет _____Инфокоммуникационных сетей и систем________

Кафедра _____Защищенных систем связи_______

Допустить к защите

Заведующий кафедрой ЗСС

________ _______________________

(подпись) (Ф.И.О.)

“__”____июня__ _2017__ г.

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

«Разработка генератора случайных чисел для криптографических приложений на основе оценивания магнитометрических данных»

(тема ВКР)

Вид выпускной квалификационной работы

_______________________Бакалаврская работа_________________________

(бакалаврская работа, дипломная работа, дипломный проект, магистерская диссертация)

Направление/специальность подготовки

________11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи»______

__________________________________________________________________

(код и наименование направления/специальности)

Направленность (профиль)___Защищенные системы и сети связи__________

(наименование)

Квалификация ______________Бакалавр_______________________________

(наименование квалификации в соответствии с ФГОС ВО / ГОС ВПО)

Студент:

Корпусов Василий Дмитриевич ИКТЗ-33 __________

(Ф.И.О., № группы) (подпись)

Научный руководитель:

д.т.н. профессор Яковлев Виктор Алексеевич __________

(учёная степень, учёное звание, Ф.И.О.) (подпись)

Санкт-Петербург

2017

_______________________________________________________________________

работа написана мною самостоятельно

_______________________________________________________________________

работа не содержит неправомерных заимствований _____________________________________________________________________________

работа может быть размещена в электронно-библиотечной системе университета ____________________________________________________________________________________________

__________________ __________ _______________

(дата) (подпись) (ФИО студента)

Текст ВКР размещен в электронно-библиотечной системе университета

Руководитель отдела комплектования библиотеки ____________________________

(Ф.И.О.)

__________________ ___________________________

(дата) (подпись)

Коэффициент оригинальности ВКР ________ % .

Проверил: _____________________________________________________________

(Должность, Ф.И.О.)

__________________ ___________________________

(дата) (подпись)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ ИМ. ПРОФ. М.А. БОНЧ-БРУЕВИЧА»

(СПбГУТ)

Факультет ______ИКСС___________ Кафедра______ЗСС_________

Направление (специальность) 11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи»_________________

^{(код и наименование)}

Утверждаю:

Зав. кафедрой__________________

______________________________

^{(Ф.И.О., подпись)}

«______»_______________20 г.

ЗАДАНИЕ

На выполнение выпускной квалификационной работы (ВКР)

1. Студент__Корпусов Василий Дмитриевич_______ № группы_ИКТЗ-33___

^{(фамилия, имя, отчество)}

2. Руководитель_д.т.н., профессор Яковлев Виктор Алексеевич_________

^{(фамилия, имя, отчество, должность, уч. степень и звание)}

_________________________________________________________________

3. Квалификация_______бакалавр_____________________________________

^{(наименование в соответствии с ФГОС ВО/ ГОС ВПО)}

4. Вид работы______бакалаврская работа_______________________________

^{(бакалаврская работа, дипломный проект, дипломная работа, магистерская диссертация)}

5. Тема ВКР Разработка генератора случайных чисел для криптографических приложений на основе оценивания магнитометрических данных»

____________________________________________________________________________________________________________________________________

утверждена приказом ректора университета от «_________» №______

6. Исходные данные (технические требования):_научные публикации, статьи, научные издания._________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

7. Содержание работы (анализ состояния проблемы, проведение исследований, разработка, расчеты параметров, экономическое обоснование и др.)

_Введение_________________________________________________________

_Глава 1. Анализ способов построения генераторов случайных чисел для криптографических задач. ________________________________________

_Глава 2. Разработка и анализ генератора случайных чисел на основе магнитометров____________________________________________________

_Глава 3. Анализ характеристик генератора случайных чисел на основе магнитометра______________________________________________________

_Заключение_______________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

8. Вид отчетных материалов, представляемых в ГЭК (пояснительная записка, перечень, графического материала, отчет о НИР, технический проект, образцы и др.):_Пояснительная записка________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Консультанты по ВКР с указанием относящихся к ним разделов

Раздел

Консультант

Подпись дата

Задание выдал

Задание принял

Введение Все разделы (1-3) Заключение

Яковлев Виктор Алексеевич

11.03.2017

16.06.2017

Дата выдачи задания «__11__» ___марта _______________________2017 г.

Дата представления ВКР к защите «_22_» __июня______________2017 г.

Руководитель ВКР____________________________________________

^{(подпись)}

Студент ________________________________________________

^{(подпись)}

КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН

№ п/п	Наименование этапов выпускной квалификационной работы	Срок выполнения этапов ВКР	Примечание
1 2 3 4 5	Введение Глава 1. Анализ способов построения генераторов случайных чисел для криптографических задач Глава 2. Разработка и анализ генератора случайных чисел на основе магнитометров Глава 3. Анализ характеристик генератора случайных чисел на основе магнитометра Заключение	14.03.17 - 16.03.17 17.03.17 - 31.04.17 03.04.17 – 24.04.17 25.04.17 – 13.05.17 13.05.17 – 15.05.17

Студент _____________________________________________

^{(подпись)}

Руководитель ВКР ____________________________________________

^{(подпись)}

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. 7

ВВЕДЕНИЕ. 10

1. Анализ способов построения генераторов случайных чисел для криптографических задач 12

1.1. Генераторы случайных чисел в криптографии. 12

1.2 Характеристики ГСЧ. 14

1.3 Виды генераторов случайных чисел (ГСЧ) 14

1.3.1 Аппаратные ГСЧ. 15

1.3.2 Биометрические ГСЧ. 17

1.3.3 Программные ГСЧ. 18

1.4 Применение ГСЧ. 19

Вывод по главе. 20

2. Разработка и анализ генератора случайных чисел на основе магнитометров 22

2.1. Магнитное поле Земли. 22

2.2. Магнитометр. 24

2.2.1. Классификация магнитометров. 25

2.2.2. Геомагнитный датчик в смартфоне. 27

2.3. Датчик основанный на эффекте Холла. 28

2.3.1. Трехосевые электронные компасы.. 29

2.4. Характеристика исследуемого датчика. 30

2.5. Разработка программы для вывода данных. 31

Вывод по главе. 38

3. Анализ характеристик генератора случайных чисел на основе магнитометра 40

3.1. Графические тесты.. 40

3.1.1. Гистограмма распределения элементов. 40

3.1.2. Распределение на плоскости. 44

3.2. Анализ числовых характеристик последовательностей по результатам измерений 46

3.3. Анализ статистических свойств двоичных последовательностей, полученных путем квантования данных магнитометра по критериям НИСТ. 47

3.3.1 Математические основы оценивания случайной последовательности 47

3.3.2 Методика тестирования NISTSTS. 52

3.4. Описание тестов NIST. 54

3.5. Выполнение тестов с использованием программы NISTSTS.exe. 59

3.6. Результаты анализа статистических характеристик ГСЧ. 64

Вывод по главе. 68

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 70

Список использованной литературы и ресурсов сети Интернет. 71

Приложение к дипломной работе. 72

ВВЕДЕНИЕ

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

Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 2135; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!