Gerçek rastgele sayı üreteçlerinin tasarlanması ve analizi

Bu tez çalışmasında, kriptografik uygulamalar başta olmak üzere birçok alanda kullanılabilen rastgele sayı üreteçleri incelendi ve yeni tasarlımlar önerildi. Öncelikle rastgele sayı üreteçlerin yapısı ve bu yapılar tasarlanırken dikkat edilmesi gereken parametreler incelendi. Bu üreteçlerle ilgili mevcut literatür tarandı ve yapılan tez çalışmasıyla ilgili birçok tasarım tartışıldı. Ayrıca bu üreteçlerin analizinde kullanılan parametreler ve testler detaylı bir şekilde incelendi. Daha sonra önerilen iki farklı yaklaşımla güvenli ve verimli rastgele sayılar üretildi. Bu üreteçlerle üretilen rastgele sayı dizilerinin güvenilirliği yapılan analiz ve testlerle gösterildi. Önerilen ilk yaklaşım iki parçadan oluşan hibrit bir rastgele sayı üretecidir. Bu üretecin ilk parçası olan algoritmik yöntemde Keccak yeniden düzenlenerek kullanıldı. İkinci parça olan ek girdiler ise halka osilatörü FPGA ortamında gerçekleştirilerek üretildi. Bu üreteçle üretilen rastgele sayıların kriptografik uygulamalar için gerekli güvenlik gereksinimlerini karşıladığı gösterildi. Ayrıca üretilen sayıların herhangi bir istatiksel zayıflık içermediği NIST 800-22 test takımı ve otokorelasyon testlerinden alınan başarılı sonuçlarla gösterildi. Verimlilik bu üretecin diğer bir önemli avantajıdır ve alınan gerçek rastgele sayı bit dizisi 2 katına çıkarılır. Önerilen ikinci yaklaşım iki parçadan oluşur. İlk olarak, FPGA ortamında gerçekleştirilen kaotik sistemler kullanılarak entropi kaynağı oluşturuldu ve gerçek rastgele sayılar üretildi. Daha sonra son işlem kullanılarak üreteçte bulunan muhtemel problemler giderildi. Son işlem için Keccak düzenlendi ve kullanıldı. Bu yaklaşımla üretilen sayıların kriptografik uygulamalar için gerekli güvenlik gereksinimlerini karşıladığı gösterildi. Ayrıca bu sayıların herhangi bir istatiksel zayıflık içermediği NIST 800-22 test takımı ve otokorelesyon testlerden alınan başarılı sonuçlarla gösterildi. Önerilen yaklaşımın önemli bir avantajı ise %100 verimle çalışmasıdır.