Systém pro sběr entropie z okolního elektromagnetického šumu

Abstract

Hlavním cílem práce je navrhnout systém pro sběr entropie z okolního elektromagnetického šumu a následná úprava do podoby náhodných čísel. V úvodu práce je nastíněný současný stav v oblasti antén, softwarově definovaných rádií a generátorů náhodných čísel, včetně metod realizace a uplatnění. Další část práce se zabývá návrhem systému pro sběr entropie pomocí softwarově definovaného rádia. Využité hardwarové nástroje jsou tvořeny softwarovým rádiem HackRF One, v kombinaci s teleskopickou anténou ANT500, disponující frekvenčním rozsahem od 75 MHz do 1 GHz. Softwarové nástroje, používané v práci, zahrnují GNU Radio Companion, pro tvorbu základní struktury ovládání rádia a programovací jazyk Python, pro následné zpracování zachyceného signálu a implementace do aplikace. Zachycená entropie je podrobena analýze kvůli ověření náhodnosti a jsou stanoveny parametry pro dosažení nejlepších výsledků. Výzkum zahrnuje frekvenční analýzu, nezávislou na pozici bytu v čísle, výpočet entropie generovaných čísel a vývoj průměrné hodnoty závislé na pozici bytu v čísle. Závěrem práce je aplikace, ilustrující uplatnění náhodných čísel v kryptografii a využívající blokovou šifru AES-256 v GCM módu, který eliminuje nutnost zadávat inicializační vektor.