Analysis of pseudo-random number generators based on lightweight cryptographic primitives

Bc. Michal Hajas

Master's thesis

Anotácia:

Tato práca predstavuje proces testovania náhodnosti pomocout nástroja CryptoStreams, ktorý poskytuje jednotné rozhranie pre kryptografické primitíva na generovanie sekvencií v nastaviteľnom prostredí. Proces je demonštrovaný na analýze rozlíšiteľnosti výstupu pseudo-náhodných generátorov čísel. Generátory sú analyzované v štyroch rôznych testovacích scenároch. V každom zo scenárov sú generátorom poskytnuté rôzne typy vstupov so zlými vlastnosťami (napr. nízka Hammingova váha). Pre analýzu náhodnosti sekvencií sú použité štyri rôzne softvérové nástroje. Tri z nich sú známe štatistické batérie: NIST STS, Dieharder a TestU01. Ďalším je principiálne jednoduchý, ale silný nástroj BoolTest, ktorý je vyvíjaný na fakulte informatiky Masarykovej univerzity. Výsledky prezentujú schopnosť testovaných generátorov produkovat výstup, ktorý je nerozlíšiteľný od náhodných dát a tiež porovnanie úspešnoti použitých softvérových nástrojov v rozlišovaní analyzovaných sekvencií.

Abstract:

This thesis proposes a process of randomness analysis using a CryptoStreams tool which provides a unified interface for cryptographic primitives for generating sequences within a configurable environment. The process is illustrated on analysis of distinguishability of output from a pseudo-random number generators. Generators are analyzed in four different testing scenarios. In each scenario tested generators were provided a different type of input with some lousy properties (e.g. low Hamming weight). For analysis of randomness of sequences, four different software tools were used. Three well-known statistical batteries: NIST STS, Dieharder and TestU01, and principally simple, yet powerful, tool BoolTest developed at Faculty of Informatics, Masaryk University. Results are presenting the ability of tested generators to provide an output which is indistinguishable from random data and also a comparison of the success of used software tools to distinguish analyzed sequences.

Keywords

randomness testing, cryptanalysis, block functions, lightweight cryptography, pseudo-radnom number generators

Jazyk práce: English

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 11. 12. 2018

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 8. 2. 2019
• Vedúci: RNDr. Petr Švenda, Ph.D.
• Oponent: Mgr. Marek Sýs, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Informatics

Master programme / odbor:
Informatics / Information Technology Security