Известия высших учебных заведений. Электроника home

Разработка RTL-модели генератора псевдослучайных чисел на основе регистров сдвига с нелинейной обратной связью в каскаде Голлмана

Раздел находится в стадии актуализации

Случайные числа активно используются в машинном обучении, сфере информационной безопасности, математическом моделировании и устройствах Интернета вещей. Генераторы псевдослучайных чисел (ГПСЧ) представляют собой устройства, генерирующие последовательности чисел, свойства которых близки к случайным на определенном периоде. Требования к ГПСЧ возрастают с развитием областей их применения, что вызывает необходимость разработки новых ГПСЧ. В настоящее время среди перспективных ГПСЧ можно выделить ГПСЧ на основе регистров сдвига с нелинейной обратной связью (РСНОС), имеющих повышенную непредсказуемость. В работе предложена RTL-модель ГПСЧ на основе РСНОС для 32-битных систем на кристалле на языке описания аппаратуры Verilog. Проведено исследование статистических свойств данного ГПСЧ. Разработанная RTL-модель ГПСЧ на основе РСНОС состоит из четырех 16-битных РСНОС в каскаде Голлмана, модуля сбора данных с каскада из РСНОС, группы регистров управления и подключения к шине AMBA (Advanced Microcontroller Bus Architecture) APB (Advanced Peripheral Bus). Статистические свойства разработанного ГПСЧ протестированы с помощью пакета тестирования NIST STS 800-22 и удовлетворяют критериям тестов. Сравнение числа подпоследовательностей, не прошедших наиболее значимые тесты пакета NIST STS 800-22, генераторов из пакета NIST и вихря Мерсенна из состава среды Matlab с разработанным ГПСЧ показало, что последний имеет наименьшее число неудачных подпоследовательностей. По результатам вычисления значения числа π методом Монте-Карло разработанный ГПСЧ имеет меньшее стандартное отклонение и меньшую ошибку сдвига медианы по сравнению c используемым в среде Matlab вихрем Мерсенна.

Ключевые слова: генератор псевдослучайных чисел, регистры сдвига с нелинейной обратной связью, каскад Голлмана, RTL-модель, статистические свойства
Опубликовано в разделе: Схемотехника и проектирование
Библиографическая ссылка: Соболев В. А., Лосев В. В. Разработка RTL-модели генератора псевдослучайных чисел на основе регистров сдвига с нелинейной обратной связью в каскаде Голлмана // Изв. вузов. Электроника. 2023. Т. 28. № 6. С. 784–793. https://doi.org/10.24151/1561-5405-2023-28-6-784-793. – EDN: HCFELG
Источник финансирования: работа выполнена при финансовой поддержке РНФ (проект № 20-19-00521-П).

Соболев Виталий Александрович
Национальный исследовательский университет «МИЭТ», Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1; ООО «М-Софт», Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, Георгиевский пр-т, 5

Лосев Владимир Вячеславович
Национальный исследовательский университет «МИЭТ», Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1

1. A statistical test suite for random and pseudorandom number generators for cryptographic applications: NIST special publ. 800-22 rev. 1a / A. Rukhin, J. Soto, J. Nechvatal et al. // National Institute of Standards and Technology (NIST) [Электронный ресурс]. URL: https://doi.org/10.6028/NIST.SP.800-22r1a (дата обращения: 20.08.2023).

2. Аникин И. В., Альнаджар Х. Х. Оценка качества работы генератора псевдослучайных чисел, основанного на нечеткой логике, с помощью метода Монте-Карло // Информация и безопасность. 2017. Т. 20. № 3 (4). С. 444–447. EDN: ZWPCWD.

3. Gollmann D., Chambers W. G. Clock-controlled shift registers: A review // IEEE Journal on Selected Areas in Communications. 1989. Vol. 7. No. 4. P. 525–533. https://doi.org/10.1109/49.17716

4. Dubrova E. A list of maximum-period NLFSRs // Cryptology ePrint Archive [Электронный ресурс]. 2012/166. URL: http://eprint.iacr.org/2012/166 (дата обращения: 20.08.2023).

5. Almuhammadi S., Al-Hejri I., Talib G. B., Gaamel A. NLFSR functions with optimal periods // Computational Science and Its Applications – ICSSA 2018. Cham: Springer, 2018. P. 67–79. https://doi.org/10.1007/978-3-319-95162-1_5

6. Al-Hejri I., Almuhammadi S. Constructing new NLFSR functions with optimal periods // International Journal of Interdisciplinary Telecommunications and Networking (IJITN). 2020. Vol. 12. Iss. 2. P. 71–80.

7. Augustynowicz P., Kanciak K. Scalable method of searching for full-period nonlinear feedback shift registers with GPGPU: New list of maximum period NLFSRs // International Journal of Electronics and Telecommunications. 2018. Vol. 64. Iss. 2. P. 167–171.

8. Dąbrowski P., Łabuzek G., Rachwalik T., Szmidt J. Searching for nonlinear feedback shift registers with parallel computing // Information Processing Letters. 2014. Vol. 114. Iss. 5. P. 268–272. https://doi.org/10.1016/j.ipl.2013.12.002

9. Аникин И. В., Альнаджар Х. Х., Кирпичников А. П. Исследование параметров генератора псевдослучайных чисел, основанного на нечеткой логике // Вестник технологического университета. 2016. Т. 19. № 12. С. 124–127. EDN: WCFKFZ.

10. Williamson T. Calculating pi using the Monte Carlo method // The Physics Teacher. 2013. Vol. 51. Iss. 8. P. 468–469. https://doi.org/10.1119/1.4824938

Сведения о публикации

Загрузок: 0

УДК: 004.312.4
Тип публикации: Научная статья
Язык оригинала: Русский
DOI: 10.24151/1561-5405-2023-28-6-784-793
Идентификатор статьи в РИНЦ: HCFELG
Полнотекстовая версия: Перейти

Скачать: File not found (736.23 Кб) JATS XML