Характеризация температурных флюктуаций окружающей среды для использования в генераторах истинно случайных чисел

Аннотация

Генерация случайных чисел имеет важное значение для безопасной связи, защиты данных и криптографии. Однако, хотя квантовые генераторы случайных чисел (QRNG) основаны на квантовой неопределенности, данные об окружающей среде также могут служить практическими источниками случайности для генерации истинно случайных чисел. Данные об окружающей среде, такие как температура, влажность и скорость ветра, демонстрируют непрерывную изменчивость во времени; эти изменения возникают из-за сложного поведения погоды. В данной работе для генерации случайных битов используются данные о температуре, собранные на двух метеорологических станциях в Пакистане, Карачи и Хайдарабаде. Ежедневные значения температуры преобразуются в двоичные последовательности с использованием метода пороговой обработки на основе среднего значения, после чего проводится постобработка с помощью экстрактора фон Неймана для уменьшения смещения и корреляции. Качество сгенерированных случайных битов оценивается с помощью энтропии Шеннона, тестирования сжатия без потерь с использованием алгоритмов Gzip, Bzip2 и LZMA, статистического набора тестов NIST SP 800-22 и автокорреляционного анализа. Результаты показывают, что правильно обработанная энтропия, основанная на температуре, может создавать статистически пригодные случайные последовательности, подходящие для проверки случайности и исследований в области безопасности.