Chulalongkorn University Theses and Dissertations (Chula ETD)

Pseudo-random bit generator for high-speed cryptography

Other Title (Parallel Title in Other Language of ETD)

ตัวก่อกำเนิดบิตสุ่มเทียมสำหรับวิทยาการรหัสลับความเร็วสูง

Year (A.D.)

2011

Document Type

Thesis

First Advisor

Pattarasinee Bhattarakosol

Second Advisor

Soraj Hongladarom

Faculty/College

Faculty of Science (คณะวิทยาศาสตร์)

Degree Name

Doctor of Philosophy

Degree Level

Doctoral Degree

Degree Discipline

Computer Science

DOI

10.58837/CHULA.THE.2011.1082

Abstract

Pseudorandom generator is the important cryptographic primitive. It expands the real short random sequence to the longer sequence that is hard to predict. These random sequences from pseudorandom generator are used as the secret keys, salts, nonces, and so on. It is impossible to construct the cryptosystems that do not use any random numbers. This thesis mainly devotes to theoretical analysis on pseudorandom generators and stream ciphers. The theoretical analysis on the distinguishing attack is also involved in this dissertation. The proposed distinguishing attack is based on binomial hypothesis testing, which is differ from the traditional distinguishing attack. This approach has an advantage when the memory is limited. The hybrid method between pseudorandom generator and stream cipher is proposed. The hybrid generator obtains high performance over the prototype pseudorandom generator. Moreover, the security proof shows that the hybrid generator also gains high security over the prototype stream cipher. This research also proposes the construction of extremely secure pseudorandom generator. The proposed pseudorandom generator is based on the hardness assumption of Learning with Error problem. The proof shows that the problem of distinguishing the random outputs from the proposed generator is at least as hard as solving Learning with Error problem, which cannot efficiently solve by any quantum computers. This research also works on theoretical analysis of the robustness of Learning Parity with Noise assumption when the secret information is leaked. The theoretical analysis shows that Learning Parity with Noise remains secure in the leaky-key environment but the security parameter is reduced to the min-entropy that is left in the secret key. The robustness property of Learning Parity with Noise assumption can be used to construct the leakage-resilient cryptosystems.

Other Abstract (Other language abstract of ETD)

ตัวก่อกำเนิดบิตสุ่มเทียมเป็นขั้นตอนวิธีสำหรับสร้างเลขสุ่มเทียมจำนวนมากจากเลขสุ่มที่แท้จริงจำนวนน้อย เลขสุ่มเทียมที่ปลอดภัยจะต้องไม่มีขั้นตอนวิธีที่มีประสิทธิภาพสำหรับจำแนกเลขสุ่มเทียมออกจากเลขสุ่มที่แท้จริง เลขสุ่มเทียมถูกนำไปใช้ในงานด้านต่างๆ ของวิทยาการรหัสลับ เช่น ใช้เป็นกุญแจสำหรับการเข้ารหัสเป็นต้น ในงานวิจัยนี้ได้เสนอการวิเคราะห์ทางทฤษฎีของวิธีการโจมตีการเข้ารหัสแบบสตรีมไซเฟอร์ และการสร้างเครื่องสร้างเลขสุ่มเทียมที่มีประสิทธิภาพและความปลอดภัยมากขึ้นการโจมตีสตรีมไซเฟอร์ที่นำเสนอในงานวิจัยนี้มีข้อได้เปรียบเหนือการโจมตีทั่วไปในด้านความสามารถในการระบุจำนวนข้อมูลที่ต้องใช้ในการโจมตีและความถูกต้องในการทำงานเมื่อทรัพยากรมีจำกัด งานวิจัยนี้ได้นำเสนอตัวก่อกำเนิดบิตสุ่มเทียมแบบผสมผสานกับอัลกอรึทึมเข้ารหัสแบบสตรีมไซเฟอร์เพื่อให้ได้ความปลอดภัยและประสิทธิภาพที่มากขึ้น งานวิจัยนี้ได้เสนอตัวก่อกำเนิดบิตสุ่มเทียมที่มีความปลอดภัยยิ่งยวดและสามารถต้านทานการโจมตีจากเทคโนโลยีควอนตัมคอมพิวเตอร์ ซึ่งความปลอดภัยดังกล่าวเหนือกว่าตัวก่อกำเนิดบิตสุ่มเทียมที่ใช้อยู่ในปัจจุบันมาก และยังได้ศึกษาความปลอดภัยของสมมติฐานทางการเข้ารหัสเมื่อข้อมูลบางส่วนของกุญแจสำหรับเข้ารหัสถูกล่วงรู้โดยผู้โจมตี

Link to Full Text

Share

COinS