ПРАКТИЧНА СХЕМА ГІБРИДНОГО ГЕНЕРАТОРА ПСЕВДОВИПАДКОВИХ ПОСЛІДОВНОСТЕЙ НА ОСНОВІ АУДІОЕНТРОПІЇ ТА НЕЛІНІЙНИХ БУЛЕВИХ ФУНКЦІЙ

Анотація

У статті вирішено актуальну задачу генерації криптостійких псевдовипадкових послідовностей (ПВП) для забезпечення кібербезпеки сучасних цифрових систем. Генератори ПВП відіграють ключову роль у формуванні ключів шифрування, ініціалізаційних векторів, одноразових токенів автентифікації та інших критичних параметрів криптографічних протоколів. Недостатня криптостійкість таких генераторів може призвести до компрометації надійних протоколів, що підкреслює необхідність розробки нових методів, які долають обмеження традиційних детерміністичних підходів. Серед цих обмежень – передбачуваність послідовностей у разі розкриття внутрішнього стану, обмежена ентропія початкових значень, вразливість до статистичних атак та відсутність справжньої випадковості, що знижує ефективність у криптографічних застосуваннях. У статті запропоновано і реалізовано практичну схему побудови гібридного генератора псевдовипадкових послідовностей, що поєднує аудіоентропію та нелінійні булеві функції в алгебраїчній нормальній формі (АНФ). Архітектура базується на динамічному синтезі вихідних послідовностей модифікованих генераторів Джиффі за допомогою АНФ-функцій з високою нелінійністю, які генеруються випадково. Аудіоентропія, отримана з природного шуму мікрофона, використовується для ініціалізації початкових станів генераторів, що підвищує непередбачуваність послідовностей. Базою архітектури слугує модифікований генератор Джиффі з гнучкими параметрами регістрів зсуву (довжини 47, 53 та 59 бітів), фіксованими зворотними зв’язками на основі характеристичних поліномів із простими числами та статичними конфігураціями вихідної функції. Особливий акцент зроблено на використанні алгебраїчної нормальної форми (АНФ) булевих функцій, які дозволяють ефективно аналізувати та оптимізувати властивості нелінійності, кореляційної стійкості та складності криптоаналізу. Запропонована гібридна архітектура поєднує фізичні джерела ентропії з ефективними алгоритмами псевдовипадкової генерації, досягаючи балансу між непередбачуваністю та продуктивністю. Це актуально для вбудованих пристроїв та систем Інтернету речей (IoT), де обмежені обчислювальні ресурси, відсутні класичні джерела ентропії, а також існують вимоги до енергоефективності та реального часу. Проведене комплексне тестування за допомогою NIST SP 800-22 підтвердило високу статистичну якість згенерованих послідовностей: для 7 конфігурацій (нелінійність 24–224) воно показало 100% успіх.