Registration Number
0826U002106, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
18-06-2026
popup.evolution
o
Title
Information System for Generating a High-Entropy Random Number Sequence
Author
Rostyslav L. Diachuk,
popup.head Yurii H. Dobrovolskyi
popup.opponent Serhii P. Yevseiev
popup.opponent Vladimir V. Barannik
popup.opponent Oleh I. Harasymchuk
popup.review Petro M. Shpatar
popup.rada
Yuriy Fedkovych Chernivtsi National University
Description
Дячук Р.Л. Розробка та дослідження інформаційної системи генерування високоентропійної послідовності випадкових чисел. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 121 – «Інженерія програмного забезпечення» – Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, Чернівці, 2026.
Дисертаційна робота присвячена створенню та дослідженню інформаційної системи для генерування високоентропійної послідовності випадкових чисел (ПВЧ) на основі сучасних технологій та методів програмної інженерії, а також використання фотоелектричних явищ в якості джерела ентропії. Створена система і її програмне забезпечення побудована на основі технології екстракції хаосу з стохастичних фізичних явищ: інтенсивності пікселів зображення з веб-камери, або цифрової відеокамери, фото- та темнового струму фотодіода. Отримані ПВЧ також можуть оброблятися за допомогою клітинних автоматів, що збільшує рівень хаотичності випадкової послідовності. Система містить модуль статистичної оцінки послідовностей та забезпечує криптостійкість при шифруванні й кодуванні.
Проведено порівняльне дослідження статистичних і робочих характеристик аналогічних відомих генераторів ПВЧ, яке показало перевагу створеної системи за рядом показників. Система має базові внутрішні перевірки, регулювання співвідношення якості та швидкості потоку і постобробку клітинними автоматами. Окрім того система має відкритість апаратури та програмного забезпечення Open-hardware та open-source (GPLv3) в тому числі для застосування у нейронних меражах.
Для роботи з крипто-примітивами на основі клітинних автоматів створено бібліотеку на мові програмування Java. Експериментально підтверджено ефективність клітинних автоматів правил 30, 90, 105. Забезпечено неперервну генерацію ПВЧ заданої продуктивності та якості.
Перший розділ містить ключові відомості з теорії генерації високоентропійних ПВЧ, а також відомості про апаратні генератори ПВЧ в системах інформаційної безпеки. Розглянуто різні підходи до джерела ентропії та програмно-конструкторського оточення. Проаналізовано їх значення у системах на основі криптокодових та шифрувальних конструкцій.
Обґрунтовано доцільність дослідження фото-електричних явищ (ФЕЯ) та квантових як джерела ентропії для генерації ПВЧ.
У другому розділі дисертаційного дослідження описано дослідження інтенсивності пікселів зображення з веб-камери, або цифрової відеокамери, фото- та темнового струму фотодіода з високою квантовою ефективністю як природних джерел для генерації ПВЧ. Показано, що послідовність випадкових чисел, згенерована на основі інтенсивності пікселів зображення відеокамери має продуктивність 85–288 Мбіт/сек. Проведено дослідження гібридного генератора послідовностей випадкових чисел, який поєднує у собі генератор на основі веб-камери і клітинних автоматів.
Третій розділ присвячено створенню інформаційної системи генерування послідовності випадкових чисел на основі усіх трьох генераторів із обробкою отриманих ПВЧ за допомогою клітинних автоматів. Інтерфейс системи дозволяє керувати параметрами генерації числових послідовностей; регулювати баланс між швидкістю та рівнем безпеки.
У четвертому розділі висвітлено результати застосування розробленої системи при формування вхідного вектора для хеш-функції, для стеганографічних систем а також для формування криптографічних ключів. Результати роботи впроваджені та використовується у ТДВ ЗАВОД «Кварц», Kaskad Developers Group та компанії «Datawiz» для підвищення криптостійкості програмного забезпечення.
У висновках підсумовано основні результати дисертаційного дослідження.
У додатках подано наукові публікації, в яких відображено основні наукові результати роботи, відомості про апробацію результатів дисертації, акти та довідки про впровадження результатів роботи, лістинг частини коду програми.
Теоретичне значення. Результати теоретичних досліджень можуть застосовуватись для досліджень у галузі програмної інженерії, а також у навчальних курсах кафедри програмного забезпечення комп’ютерних систем Чернівецького національного університету імені Юрія Федьковича (та інших ЗВО).
Практичне значення. Розроблена у дисертаційній роботі інформаційна система для генерації послідовностей випадкових чисел може в подальшому використовуватися для практичної реалізації. Запропоновані підходи до генерації вхідного вектора хеш-функцій із використанням клітинних автоматів та послідовностей випадкових чисел, стеганографічні алгоритми та алгоритми генерації криптографічних ключів, використовуються у компанії ТДВ ЗАВОД «Кварц», Kaskad Developers Group та компанії «Datawiz» – для розробки власного програмного забезпечення підвищеної криптостійкості.
Ключові слова: програмне забезпечення, випадкові числа, джерела ентропії, хаотична система, кібербезпека, крипто-кодування, інформаційна система, шифрування, генератор, відеокамера, зображення, фотодіод, квантова ефективність, хеш-функція, нейромережа.
Registration Date
2026-06-01
popup.nrat_date
2026-06-01 / 2026-07-18
