Estimators in Cryptography
密码学中的一个主要问题是给出密码系统的比较器的标准。密码系统的安全性必须包括算法的安全性、密钥生成器和管理模块的安全性（参见[BM 94]、[CM 97]、[Mau92a]）和密钥协商协议的安全性（参见[Mau93a]、[MC 94]、[Mau93b]、[Mau92b]）。本文给出了必要的数学背景，以估计密钥生成器和无条件密钥协商协议的最重要的密码措施。这些密码学度量是用于密钥协商协议的α阶的香农熵（用于密钥生成器模块）和Renyi熵。
2012-02-28 cs.CR
Simple extractors via constructions of cryptographic pseudo-random generators
Trevisan已经证明，从硬函数构造伪随机生成器（Nisan-Wigderson方法）也会产生提取器。我们表明，从单向排列（Blum-Micali-Yao方法）的伪随机生成器的构造也可以用于构建提取器。使用这种新技术，我们建立提取器，不使用设计和基于多项式的纠错码，是非常简单和有效的。例如，一个提取器在$O(\log^2 n)$时间内分别产生每个输出位。这些提取器工作于具有最小熵$λn$的弱源，对于任意常数$λ> 0$，具有种子长度$O(\log^2 n)$，并且它们的输出长度为$\approx n^{λ/3}$。
2005-05-09 cs.CC cs.CR
Secure pseudo-random linear binary sequences generators based on arithmetic polynoms
我们提出了一种新的方法来构建伪随机二进制序列（PRS）生成器的加密数据保护的目的，从犯罪者的攻击，所造成的大量的硬件错误和故障的产生。新方法是基于使用线性多项式算法实现PRS生成器的布尔特征函数系统。逻辑公式系统的“算术化”允许应用剩余系统的数学装置来对PRS生成过程进行多序列化，并对由硬件故障引起的计算错误进行组织控制。这保证了PRS生成器功能的高度安全性，从而保证了基于这些PRS的加密数据保护工具的安全性。
2014-09-08 cs.CR
Design and implementation of a novel cryptographically secure pseudorandom number generator
本研究设计了一种兼具密码学安全性、易实现、可移植的新型伪随机数生成器，通过模幂运算与类Feistel盒混合比特实现，经大量统计检验验证可生成高质量随机序列。
2025-03-22 cs.CR cs.NA math.NA
Parallel generator of $q$-valued pseudorandom sequences based on arithmetic polynomials
基于算术多项式逻辑公式生成系统的表示，提出了一种并行生成$q$值伪随机序列的新方法。由$q$-值伪随机序列的$k$-元素组成的片段可以通过单个递归数值公式的单个计算来获得。提到的是，可以使用并进一步开发生成的“算术化”的方法，以保护加密齿轮免受密码攻击，从而导致大规模硬件故障的启动。所取得的成果可广泛应用于实现具有前景的高性能信息保护密码设施。
2014-09-02 cs.CR
Cryptographic Strain-Dependent Light Pattern Generators
折射自由形状组件由于其以高效率和低背景对光学信号进行空间调制的能力而变得越来越与产生受控的光图案相关。然而，这些装置的使用仍然受到制造具有复杂的三维（3D）表面浮雕的宏观元件的困难的限制。在这里，介绍了通过折射产生光图案的3D打印和可拉伸魔术窗。通过控制器件应变，可以改变形状，从而改变所获得的光纹理。通过示例性光图案（包括微QR码）来展示加密魔术窗口，所述微QR码在应变门控时被正确地投射和识别，同时对于所生产的装置保持神秘。微QR码的光图案也可以通过两个耦合的魔术窗口投射，其中一个作为解密密钥。这种具有3D形状和定制功能的新颖的自由形式元件与照明设计、智能标签、防伪系统和密码通信中的应用相关。
2022-04-15 cond-mat.mtrl-sci cs.CR physics.optics
Adversarial Examples from Cryptographic Pseudo-Random Generators
Microsoft Research（微软研究院）；University of Washington（华盛顿大学）；UT Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）
在我们最近的工作（Bubeck，Price，Razenshteyn，arXiv：1805.10204）中，我们认为机器学习中的对抗性例子可能是由于问题固有的计算难度。更确切地说，我们构建了一个二进制分类任务，其中（i）存在一个强大的分类器;但在（ii）统计查询模型中，使用有效算法无法获得非平凡的准确性。在本文中，我们显着加强（i）和（ii）：我们现在构建一个任务，其中承认（i '）最大的鲁棒分类器（即它可以容忍的扰动的大小相当于样本本身的大小）;此外，我们证明了计算难度下学习这个任务（ii'）一个标准的密码学假设。
2018-11-15 cs.CC cs.CR cs.LG
Benchmarking the True Random Number Generator of TPM Chips
TPM（可信平台模块）是一种主要存在于较新主板上的芯片，其主要功能是创建，存储和使用加密密钥。该专用芯片可用于验证其他设备或保护各种软件应用程序使用的加密密钥。除其他功能外，它还带有一个真随机数生成器（TRNG），可用于加密目的。这个随机数生成器由一个状态机组成，它将不可预测的数据与单向散列函数的输出混合在一起。根据规范，它可以是不可预测的随机数的良好来源，甚至不必要求硬件熵的真正来源。然而，规范建议从任何可用的内部来源收集熵，例如芯片本身的时钟抖动或热噪声，这是大多数制造商实现的功能。本文将从两个角度对几种TPM芯片的随机数发生器进行基准测试：产生的随机比特序列的质量，以及输出比特率。
2010-08-12 cs.CR
Entropy Assessment of Windows OS Performance Counters
许多密码构造的安全性依赖于随机数生成器，用于提供不可预测的密钥、随机数、初始化向量和其他参数。现代操作系统实现了密码伪随机数生成器（PRNG）以满足这种需要。性能计数器和其他系统参数通常用作低熵源来初始化（种子）生成器。我们进行了一个实验，以分析所有的性能计数器在标准安装的Microsoft Windows 7操作系统，并评估其适合作为熵源。除了选择前19个计数器，我们分析他们的互信息（独立性），以及在虚拟环境中的鲁棒性。最终选择包含14个计数器，具有足够的总体熵用于实际应用。
2013-11-13 cs.CR
Linear Cellular Automata as Discrete Models for Generating Cryptographic Sequences
本文提出了一种新的基于元胞自动机的非线性伪随机数发生器的线性模型，并将其应用于对称密码学中。这样的模型生成线性二元差分方程的所有解，并且这些解中的许多是伪随机密钥流序列。以这种方式，基于元胞自动机的线性结构不仅可以用于生成差分方程解，而且可以用于生成密码序列。所提出的模型是非常简单的，因为它是完全基于连续串联的基本线性自动机。
2010-05-01 cs.CR
Pseudo-random generators using linear feedback shift registers with output extraction
本研究探讨三种结合线性反馈移位寄存器（LFSR）的伪随机比特流提取器，分析其比特利用效率与随机质量，后两种效率更优（最高达50%），仅需满足高于纯LFSR的最低密码强度。
2024-04-18 cs.CR
Deterministic Random Bit Generators Based on Ascon for Embedded Systems
本文基于Ascon标准提出三种新型DRBG构造，以提高嵌入式系统中随机数生成的性能和安全性。
2025-12-01 cs.CR
A Novel Pseudo-Random Number Generator Based on Multi-Objective Optimization for Image-Cryptographic Applications
本文提出椭圆曲线遗传算法ECGA，以图像像素为种子初始化种群，结合椭圆曲线与多目标遗传算法优化信息熵和周期，构建图像依赖的伪随机数生成器，提升随机性与抗攻击能力。
2023-07-08 cs.CR cs.IT math.IT
Weak Equivalents for Nonlinear Filtering Functions
在线性反馈移位寄存器（LFSR）中应用非线性滤波函数是设计密码学应用的伪随机序列发生器的一般技术。在本文中，我们研究了不同的非线性滤波函数应用于不同的LFSR之间的等价性。众所周知，给定从一对（非线性滤波函数，LFSR）生成的二进制序列，可以通过使用另一滤波函数从相同长度的任何其他LFSR生成相同的序列。然而，到目前为止，还没有找到解决计算这样的等价物的问题。本文分析了特定情况下，其中的倒数LFSR的一个给定的寄存器被用来产生一个等效的原始非线性滤波函数。的贡献的主要优点是，较弱的等价物可以计算任何非线性过滤器，在这个意义上，这样的等价物可以用来密码分析显然安全的发电机。因此，为了评估序列生成器的密码抵抗力，应该确定最弱的等效密码，而不仅仅是一个特定的实例。
2022-08-06 cs.CR
Secure and Computationally-Efficient Cryptographic Primitive based on Cellular Automation
提出了一种基于一维元胞自动机的随机数发生器Mageto。提出并讨论了使用Mageto实现安全性的三个步骤。实现在广泛的硬件和软件场景中非常有效。它包括物联网（IoT）和网络物理系统的高级应用，这两者都是计算效率高的加密原语所需的。此外，所提出的原语固有地抵抗侧信道攻击（SCA），其中许多当前可用的密码（诸如AES）需要额外的硬件或软件努力来防止SCA攻击线。
2019-01-10 cs.CC cs.CR cs.FL
Hardware Random number Generator for cryptography
许多方案的关键要求之一是随机数。随机数序列用于标准密码协议的几个阶段。一个简单的例子是Vernam密码，其中一串随机数被添加到消息字符串以生成加密代码。它表示为$C=M \oplus K $，其中$M$是消息，$K$是密钥，$C$是密文。数学上已经证明，这个简单的方案是不可破解的，密钥K只要M，并且只使用一次。对于一个好的密码系统，密码系统的安全性不是基于算法的保密，而是仅仅基于密钥的保密。秘密数据的质量和不可预测性是现代密码技术保护通信安全的关键。用于密码目的的这种数据的生成通常需要随机数据的不可预测的物理源。在这篇手稿中，我们提出了三种不同的方法产生随机数的研究。我们通过研究其频率、相关性以及使用NIST的测试服对它们进行了测试。
2015-10-05 cs.CR physics.comp-ph physics.ins-det
A mathematical problem for security analysis of hash functions and pseudorandom generators
在本文中，我们指定了一类数学问题，我们称之为“函数密度问题”（简称FDP），并指出FDP与以下两个密码学主题的新颖联系;无密钥散列函数的理论安全性评估（例如SHA-1），以及Dubrov和Ishai [STOC 2006]引入的具有某些增强安全属性的可证明安全的伪随机生成器（PRG）的构造。我们的论证旨在为这些主题（特别是前者）提出新的理论框架，而不是提供一些具体的和实际的结果。我们还给出了一些例子的数学讨论的FDPs，这将是独立的兴趣从数学的观点。最后，我们讨论了未来可能的研究方向，其他密码学应用的FDPs和对FDPs本身的数学研究。
2014-08-29 cs.CR math.CO
Separating Pseudorandom Generators from Logarithmic Pseudorandom States
Université de Montréal (DIRO)（蒙特利尔大学（计算机科学与工程系））
本研究通过构造具有逆访问的酉量子预言机，在量子黑盒模型下证明了伪随机生成器与对数及线性规模伪随机态（及bot-PRGs）的分离，从而解决了开放问题，并扩展至数字签名和量子公钥加密的区分。
2026-09-15 cs.CR
Physical Security in the Post-quantum Era: A Survey on Side-channel Analysis, Random Number Generators, and Physically Unclonable Functions
在过去的几十年里，量子技术取得了持续的进步，量子计算机领域的最新发展引人注目。传统上，这种趋势主要被视为密码学的严重风险;然而，量子技术的积极方面也应该得到强调。在这方面，将该技术视为诚实方而不是对手的资源，它不仅可以增强安全性，还可以增强特定加密方案的性能。虽然相当大的努力已经投入到量子抵抗和量子增强方案的设计，很少有人努力了解他们的物理安全性。物理安全涉及安全措施的设计和实现，以满足密码原语的实际要求，这对经典和量子密码同样重要。本调查旨在引起人们对物理安全重要性的更多关注，重点关注安全密钥生成和存储以及安全执行。更具体地说，在量子世界中进行侧信道分析的可能性进行了讨论，并与经典世界中发起的攻击进行了比较。此外，量子随机数产生和量子物理不可克隆函数的建议进行了比较，并进一步分析，以更好地了解他们的特点，优点和缺点。最后，从这三个角度出发，对该方向的未来研究进行了展望。
2021-02-08 cs.CR
Recommendations on Statistical Randomness Test Batteries for Cryptographic Purposes
本文综述了用于密码用途的主要统计随机性测试套件，比较其优缺点，提供使用指南和实际示例，以评估序列的随机性、不可预测性和独立性。
2024-02-03 cs.CR stat.CO
Analyse des suites aléatoires engendrées par des automates cellulaires et applications à la cryptographie
本文考虑细胞自动机和密码学之间的相互作用。已知不存在相关免疫的非线性基本规则。这一结果限制了细胞自动机作为适合于密码学应用的伪随机发生器的使用。此外，Meier和Staffelbach提出了一种成功的密码分析方法。然而，设计能够生成良好伪随机序列的元胞自动机的其他方法仍然存在，并将在本文的最后讨论。
2008-07-15 cs.CR
On the Use of Cellular Automata in Symmetric Cryptography
在这项工作中，基于有限域的伪随机序列发生器已分析从他们的密码学应用的角度来看。事实上，一类非线性序列发生器已被建模的线性元胞自动机。将给定的生成器转换为基于自动机的线性模型的算法非常简单，并且基于基本结构的级联。一旦发生器已被线性化，一个密码分析攻击，利用这种模型的弱点已经开发出来。线性元胞结构很容易模拟序列发生器，并应用于流密码。
2010-05-11 cs.CR cs.DM
Highly-Secure Physically Unclonable Cryptographic Primitives Using Nonlinear Conductance and Analog State Tuning in Memristive Crossbar Arrays
快速扩展的硬件固有安全原语旨在解决信息技术时代大规模互联世界的重大安全挑战。这种原语的主要思想是在电子硬件中采用实例特定的过程引起的变化作为加密数据的源。在新兴技术中，忆阻器件由于其操作中的潜在随机性而为安全应用提供了独特的机会。在这里，我们报告了一个强大的，密集的，和可重构的物理不可克隆功能原语的基础上的三维无源金属氧化物忆阻交叉开关电路的原型，通过积极利用工艺引起的变化，在设备的非线性I-V和模拟调谐。我们首先表征安全基元的基本构建块的安全指标的基础上，与单片集成的10 × 10 250纳米半间距忆阻交叉开关电路的两层堆栈。实验结果表明，在总共约697，000个64位响应中的6，000个随机样本上测量的平均均匀性和扩散性接近理想的50%，两个指标的标准偏差为5%。通过重新调整同一交叉杆内交叉点器件的电导，在较小样本上评估的唯一性也接近理想的50% +/-1%，而在+/-20%电源变化下，在30天窗口内测量的最小位出错率（即可靠性的倒数）为~ 1.5% +/-1%。然后，我们利用基本块的多个实例来展示具有10位隐藏挑战生成的物理不可克隆功能原语，该挑战生成编码超过10^19个挑战响应对，并且具有可比的均匀性、扩散性和位出错率。
2016-11-23 cond-mat.other cs.CR cs.ET
Global Linear Complexity Analysis of Filter Keystream Generators
给出了一种计算非线性滤波PN序列全局线性复杂度下界的有效算法。这里开发的技术完全基于逐位逻辑运算的实现，这使得它适合于软件仿真和硬件实现。本算法可适用于任何具有唯一最高阶项的非线性函数。因此，它对不同类型的滤波器生成器的应用范围相当广泛。此外，重点是在大的下界，确认的指数增长的非线性过滤序列类的全球线性复杂性。
2010-05-01 cs.CR
Insights Gained after a Decade of Cellular Automata-based Cryptography
本文回顾元胞自动机密码学十年发展，指出其研究多发表于非密码学领域并存在设计视角局限，同时强调两个领域问题相似、术语不同，未来合作空间广阔。
2024-05-05 cs.CR
An algebraic attack on stream ciphers with application to nonlinear filter generators and WG-PRNG
论文基于 Courtois–Meier 攻击提出一种针对非线性滤波生成器的新型代数攻击，并通过实验证明 WG-PRNG 的实际安全性低于此前声称。
2024-04-08 cs.CR cs.SC
Modelling Nonlinear Sequence Generators in terms of Linear Cellular Automata
在这项工作中，一个广泛的家庭LFSR为基础的序列发生器，所谓的时钟控制收缩发生器（CCSG），已被分析和识别的一个子集的线性元胞自动机（CA）。事实上，可以推导出一对描述CCSG行为的线性模型。将给定的CCSG转换为基于CA的线性模型的算法非常简单，并且可以在实际感兴趣的范围内应用于CCSG。这些细胞模型的线性可以有利地以两种不同的方式使用：（a）用于CCSG的分析和/或密码分析，以及（b）用于从这种生成器获得的输出序列的重构。
2010-05-13 cs.CR cs.DM
Romu: Fast Nonlinear Pseudo-Random Number Generators Providing High Quality
我们介绍了伪随机数发生器（PRNG）的Romu家庭，它结合了非线性操作的旋转与线性操作的乘法和（可选）添加。与传统的仅线性PRNG相比，这种线性和非线性操作的混合使用相同数量的算术运算实现了更大程度的随机性。或者等价地，它用更少的操作实现相同的随机性，从而提高速度。这些生成器的统计特性很强，因为它们通过了BigCrush和PractRand --可用的最严格的测试套件。此外，Romu生成器最大限度地利用了现代超标量处理器中的指令级并行，使它们在内联时的输出延迟为零时钟周期，从而不会给应用程序增加延迟。可以创建和测试这些生成器的缩小版本，使人们能够估计在随机性下降之前，全尺寸生成器可以提供的最大值数量，确保大型作业的成功。这种容量估计对于常规PRNG是罕见的。线性PRNG具有已知长度的状态的单个循环，其包括几乎所有可能的状态。然而，Romu生成器计算这些状态的伪随机排列，创建多个具有伪随机长度的循环，这些长度无法通过理论确定。但是，创建128位或更多位的状态大小的容易性允许（1）短周期被约束到非常低的概率，以及（2）创建具有无限小的重叠概率的数千个并行流。
2020-02-26 cs.CR cs.DC
