Gerçek Rastlantısallık ve Sözde Rastlantısallık

Kriptografik güvenlik temelde öngörülemezliğe bağlıdır. Bir saldırgan anahtarınızı, IV'nizi veya nonce'unuzu, kısmen bile olsa, öngörebilirse tüm kriptografik sistem çökebilir. Zayıf rastgelelik, gerçek dünyada yıkıcı güvenlik ihlallerine neden olmuştur.

TRNG'ler fiziksel entropiyi toplar: dirençlerdeki ısıl gürültü, ters kutuplu diyotlarda saçılma gürültüsü, radyoaktif bozunma, fare hareketleri, tuş vuruşlarının zamanlamaları ve diskin arama gecikmeleri. Bunlar gerçekten öngörülemez fiziksel olaylardır.

OS, fiziksel gürültü örneklerinin XOR işleminden geçirilip birlikte özetlendiği bir entropi havuzu tutar. Linux'ta /dev/random ve /dev/urandom bu havuzdan veri alır. Sistem çalıştıkça havuz sürekli yenilenir.

PRNG (Deterministik RNG / DRNG olarak da adlandırılır), deterministik bir algoritma kullanarak kısa bir tohumu uzun bir sözde rastgele bayt akışına genişletir. Aynı tohum verildiğinde aynı çıktıyı üretir. Gerçek entropiyle tohumlanmadığı sürece kriptografi için uygun değildir.

Bir PRNG, fark edilebilir bir istatistiksel yanlılığa sahip olabilir veya gözlemlenen çıktılardan hareketle öngörülebilir olabilir. Kriptografik açıdan güvenli bir PRNG (CSPRNG) şunları ekler: (1) ileri yönlü güvenlik (geçmiş çıktı mevcut durumdan öngörülemez) ve (2) geriye iz sürme direnci (gelecek çıktı geçmişten öngörülemez).

Bir PRNG, hiçbir polinom zamanlı algoritma çıktısını gerçek bir rastgele diziden 1/2'den anlamlı ölçüde daha yüksek bir olasılıkla ayırt edemiyorsa kriptografik açıdan güvenlidir. Bu, Sonraki Bit Öngörülemezliği ölçütüdür.

Linux: /dev/urandom (başlangıçta tohumlandıktan sonra engellemesiz), getrandom() sistem çağrısı. Windows: CryptGenRandom(), BCryptGenRandom(). macOS/iOS: SecRandomCopyBytes(). Tarayıcı: window.crypto.getRandomValues(). Bunların tümü OS entropi havuzuna katkı sağlar.

NIST SP 800-22, rastgelelik için 15 istatistiksel test sağlar: frekans, blok frekansı, seriler, Maurer evrensel testi, doğrusal karmaşıklık ve diğerleri. İstatistiksel testleri geçmek kriptografik güvenliği kanıtlamaz; yalnızca belirgin bir yanlılığın bulunmadığını gösterir.

Zayıf entropiyle (ör. saniye cinsinden geçerli zamanla) tohumlanan bir CSPRNG öngörülebilirdir. Tohumu bilen bir saldırgan tüm çıktıyı yeniden oluşturabilir. Her zaman OS entropisinden tohum alın: Python'da os.urandom(32) kullanın; time.time() veya random.random() kullanmayın.

Intel RDRAND (x86 yönergesi), çip üzerindeki bir TRNG'den donanım tarafından üretilen rastgele baytları döndürür. AMD ve ARM için de eşdeğer donanımlar vardır. Linux, RDRAND çıktısını /dev/urandom'a karıştırır. Güven sorunları nedeniyle tek kaynak olarak değil, ek entropi olarak kullanılır.

Kuantum Rastgele Sayı Üreteçleri, kanıtlanabilir biçimde rastgele çıktı üretmek için kuantum mekaniği olgularını (foton varış zamanları, vakum dalgalanmaları) kullanır. Ticari kuantum rastgele sayı üreteçleri (ID Quantique, Quantis) yüksek güvenlik gerektiren uygulamalarda kullanılır. Maliyetleri genel kullanım için engelleyici düzeydedir.

Bir CSPRNG'yi normal bir PRNG'den ayıran özellik nedir?

TRNG'ler fiziksel entropiyi toplar; PRNG'ler bir tohumu deterministik biçimde genişletir; CSPRNG'ler gerçek rastgelelikten ayırt edilemez. OS entropi havuzları her ikisini birleştirir. Sıradaki konu: uygulamada kullanılan belirli CSPRNG tasarımları.