Keacakan Sejati vs Keacakan Semu

Keamanan kriptografis pada dasarnya bergantung pada sifat sulit diprediksi. Jika penyerang dapat memprediksi kunci, vektor inisialisasi, atau nilai sekali pakai Anda—bahkan hanya sebagian—seluruh sistem kriptografis dapat runtuh. Keacakan yang lemah telah menyebabkan kerusakan nyata yang sangat parah.

TRNG mengambil entropi fisik: derau termal pada resistor, derau tembakan pada dioda dengan bias balik, peluruhan radioaktif, gerakan tetikus, waktu penekanan tombol, dan latensi pencarian disk. Semua itu merupakan fenomena fisik yang benar-benar tidak dapat diprediksi.

OS memelihara kumpulan entropi—kumpulan sampel derau fisik yang di-XOR lalu dikenai fungsi hash. Linux: /dev/random dan /dev/urandom mengambil data dari kumpulan ini. Kumpulan tersebut terus diisi ulang saat sistem berjalan.

PRNG (juga disebut RNG Deterministik / DRNG) memperluas benih pendek menjadi aliran panjang byte semu-acak menggunakan algoritme deterministik. Dengan benih yang sama, PRNG menghasilkan keluaran yang sama. PRNG tidak sesuai untuk kriptografi kecuali diinisialisasi dengan entropi sejati.

PRNG mungkin memiliki bias statistik yang dapat dideteksi atau dapat diprediksi dari keluaran yang diamati. PRNG yang Aman Secara Kriptografis (CSPRNG) menambahkan: (1) keamanan ke depan (keluaran masa lalu tidak dapat diprediksi dari keadaan saat ini) dan (2) ketahanan terhadap pelacakan balik (keluaran masa depan tidak dapat diprediksi dari masa lalu).

PRNG aman secara kriptografis jika tidak ada algoritme waktu-polinomial yang dapat membedakan keluarannya dari urutan yang benar-benar acak dengan probabilitas yang secara signifikan lebih baik daripada 1/2. Ini adalah kriteria Ketakterprediksian Bit Berikutnya.

Linux: /dev/urandom (tidak memblokir, setelah inisialisasi awal), panggilan sistem getrandom(). Windows: CryptGenRandom(), BCryptGenRandom(). macOS/iOS: SecRandomCopyBytes(). Peramban: window.crypto.getRandomValues(). Semuanya memasok kumpulan entropi OS.

NIST SP 800-22 menyediakan 15 uji statistik untuk keacakan: frekuensi, frekuensi blok, rangkaian, universal Maurer, kompleksitas linear, dan sebagainya. Lulus uji statistik tidak membuktikan keamanan kriptografis—hanya menunjukkan tidak adanya bias yang tampak jelas.

CSPRNG yang diinisialisasi dengan entropi lemah (misalnya waktu saat ini dalam detik) dapat diprediksi. Penyerang yang mengetahui benih dapat merekonstruksi seluruh keluaran. Selalu inisialisasi dari entropi OS: os.urandom(32) dalam Python, bukan time.time() atau random.random().

Intel RDRAND (instruksi x86) mengembalikan byte acak yang dihasilkan perangkat keras dari TRNG pada cip. Perangkat keras setara tersedia pada AMD dan ARM. Linux mencampurkan RDRAND ke dalam /dev/urandom. RDRAND digunakan sebagai entropi tambahan, bukan sebagai satu-satunya sumber (karena masalah kepercayaan).

Penghasil bilangan acak kuantum menggunakan fenomena mekanika kuantum (waktu kedatangan foton, fluktuasi vakum) untuk menghasilkan keluaran yang terbukti acak. Penghasil bilangan acak kuantum komersial (ID Quantique, Quantis) digunakan dalam aplikasi keamanan tinggi. Biayanya terlalu tinggi untuk penggunaan umum.

Sifat apa yang membedakan CSPRNG dari PRNG biasa?

TRNG mengambil entropi fisik; PRNG memperluas benih secara deterministik; CSPRNG tidak dapat dibedakan dari keacakan sejati. Kumpulan entropi OS menggabungkan keduanya. Berikutnya: rancangan CSPRNG tertentu yang digunakan dalam praktik.