Cryptographic random and pseudorandom data generators

Mgr. Jan Krhovják, Ph.D.

Disertační práce

Anotace:

Tato disertační práce se zabývá kryptografickými generátory náhodných a pseudonáhodných dat v mobilních výpočetních prostředích (jakými jsou mobilní telefony, kapesní počítače, či kryptografické čipové karty). Tato mobilní zařízení typicky mívají nižší výpočetní výkon a omezené množství energie, paměti, či dokonce plochy polovodičového čipu. Tato omezení prostředků vedou k velmi omezeným výpočetním prostředím s: a) omezeným počtem zdrojů náhodnosti pro spolehlivé generování skutečně náhodných dat; b) omezeným počtem vhodných pseudonáhodných generátorů (či jiných metod digitálního post-procesingu) pro bezpečnou a efektivní implementaci (v tomto výpočetním prostředí). V první kapitole práce vysvětlujeme základy generování náhodných a pseudonáhodných dat pro kryptografické účely a také veškerou související terminologii. Druhá kapitola je organizována jako přehled základních požadavků na náhodná a pseudonáhodná data, zásadních (v dané oblasti) publikovaných výsledků, a obsahuje také popis sady experimentů s kryptografickými čipovými kartami. V poslední části první kapitoly je také diskutována nová myšlenku distribuovaného generování náhodných dat. Třetí kapitola je věnována identifikaci a analýze dostupných zdrojů náhodnosti v mobilních výpočetních prostředích. Kapitola čtyři je zaměřena na bezpečný a efektivní digitální post-processing skutečně náhodných dat pomocí extraktorů náhodnosti či generátorů pseudonáhodných dat. V páté kapitole jsou prezentovány detaily týkající se integrace vývojového prototypu do vybraných mobilních zařízení (Nokia N73 se Symbian OS). Hlavním přínosem této disertační práce je identifikace a analýza zdrojů náhodnosti dostupných v mobilních zařízeních, bezpečná integrace vybraných metod digitálního post-procesingu (ústící ve vývojový prototyp) a analýza přístupů k distribuovanému generování náhodných dat.

Abstract:

This dissertation thesis deals with cryptographic random and pseudorandom data generators in mobile computing environments (such as mobile phones, personal digital assistants, cryptographic smartcards). These mobile devices are typically bounded by the amount of energy, performance, memory or even silicon area. This lack of resources leads to very limited computing environments with: a) limited number of sources of randomness for reliable true random data generator; b) limited number of pseudorandom data generators (or other methods of digital post-processing) suitable for secure and efficient implementation (in this mobile environment). In the first chapter we explain the basics of random and pseudorandom data generation for cryptography purposes and also all necessary terminology. The second chapter is organized as a survey of basic requirements on random and pseudorandom data, fundamental results in the field and description of several experiments with cryptographic smartcards. In the last part of this chapter we also discuss a novel idea of distributed random data generation. The third chapter is dedicated to identification and analysis of available sources of randomness in mobile computing environments. The fourth chapter focuses on the secure and efficient digital post-processing of truly random data with the use of randomness extractors or pseudorandom data generators. The fifth chapter presents technical details regarding the integration of our design prototype into selected mobile devices (smartphone Nokia N73 with Symbian OS). The main contribution of this dissertation is the identification and analysis of available sources of randomness in mobile devices, secure integration of selected digital post-processing methods (resulting in a design prototype) and the analysis of approaches to distributed random data generation.

Keywords

cryptography, mobile device, pseudorandom data, random data, ranndomness extractor

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 10. 2. 2009

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 12. 5. 2009
• Vedoucí: prof. RNDr. Václav Matyáš, M.Sc.
• Oponent: doc. RNDr. Martin Stanek, Ph.D., doc. Ing. Jiří Sobotík, CSc.

Masarykova univerzita

Fakulta informatiky

Doktorský studijní program / obor:
Informatika (čtyřleté) / Informatika