ZESPÓŁ AUTORSKI

Politechnika Warszawska

Piotr Z. Wieczorek – kierownik
Krzysztof Gołofit

CO MOŻNA OSIĄGNĄĆ DZIĘKI WYNALAZKOWI?

Problemy generacji dobrych liczb losowych dotyczą głównie słabej odporności na zmieniające się warunki pracy, podatności na ataki, które celowo próbują zaburzyć działanie generatorów, dużej złożoności i kosztowności tych systemów i/lub specjalizowanych implementacji trudnych do zastosowania, gdy jest taka potrzeba.

Dzięki wynalazkowi można osiągnąć (1) wyśmienitą jakość generowanych ciągów i liczb losowych (potwierdzoną m.in. testami NIST 2. rzędu), (2) dużą odporność na fluktuacje napięcia zasilania (praktycznie cały zakres pracy układu), (3) dużą odporność na zmiany temperatury (nawet ponad dopuszczalne zakresy pracy układu), (4) dużą odporność na ataki próbujące zaburzyć pracę układu (tzw. ang. side-channel attacks), (5) bardzo szerokie możliwości implementacji zarówno sprzętowej (np. wytworzenie nowego układu) jak i bardzo taniej implementacji "programowej" (utworzenie generatora w prostych lub złożonych uniwersalnych układach programowalnych), (6) dużą szybkość generowanych ciągów losowych.

Dzięki temu np. urządzenia kryptograficzne wyposażone w wynalazek mogą zapewniać wysoki poziom bezpieczeństwa!

ISTOTA WYNALAZKU

Istota wynalazku dotyczny sposobu generacji liczb prawdziwie losowych w oparciu o nowatorską architekturę układową – układ elektroniczny, który można zarówno zrealizować na stole w postaci połączonych przewodami podstawowych elementów elekronicznych, wytworzyć w technologii VLSI w postaci czipu (tak jak są produkowane np. procesory) lub dołożyć go jako fragment innego czipu (np. do układu karty bankomatowej czy kryptograficznej) albo zaimplementować w dowolnym uniwersalnym układzie programowalnym (CPLD, FPGA itp.).

Większość znanych rozwiązań generatorów losowych (opartych np. na generatorach pierścieniowych, diodach szumiących) bazuje na wzmocnieniu znikomego procesu losowego – natomiast w proponowanym wynalazku zaproponowane zostało synergiczne połączenie dwóch źródeł losowości: rozwiązania realizującego efektu motyla (z teorii chaosu) połączonego ze zjawijskami niestałościowymi przełączania układów. Układ chaotyczny wzmacnia praktycznie w nieskończoność ekstremalnie małe wartości chwilowe pojawiające się w tym układzie (niemożliwe do przewidzenia). Natomiast niestałość przełączania oparta została na zjawisku metastabilności, podczas którego (upraszczając) układ nie wie jak się zachować. Można to sobie wyobrazić jako stawianie noża na jego ostrzu w stanie równowagi i oczekiwanie na to, w którą stronę się przewróci. Do uzyskania liczby losowej obserwowany jest nie tylko kierunek tego upadku ale także czas, po którym on nastąpi. W wynalazku układ chaotyczny regularnie wywołuje zjawiska metastabilne, dzięki czemu nie trzeba stosować bardzo skomplikowanych systemów do inicjalizacji metastabilności (wywoływania równowagi), które są bardzo czułe na jakiekowiek zmiany środowiskowe. Dzięki temu nasz wynalazek doskonale pracuje w środowiskach zmiennych i ekstremalnych (bez żadnych ograniczeń temperaturowych czy co do stabliności zasilania), a także jest odporny na ataki, w których ktoś próbuje zaburzyć działanie układu (na przykład wstrzukując elektromagnetycznie do układu energię lub stosując jakieś promieniowanie, np. rentgenowskie, albo zaburzając warunki pracy tego układu).

POTENCJAŁ KOMERCJALIZACYJNY WYNALAZKU

Z uwagi na to, że wynalazek można zrealizować zarówno jako dedykowaną implementację układową lub w nowoczesnych układach programowalnych (np. FPGA) albo układach hybrydowych (łączących mikroprocesor z układem programowalnym), potencjał komercjalizacyjny jest bardzo duży, ponieważ małym kosztem można zapewnić wysokie bezpieczeństwo prawie każdego urządzenia. Dotyczy to każdego rynku, w którym istnieje potrzeba zastosowania ochrony informacji – od producentów procesorów, przez bankowość, komunikację, uwierzytelnianie, urządzenia medyczne, podpis cyfrowy, inteligentne budynki, tokeny, piloty, wirtualne pieniądze, urządzenia dostępowe, po internet rzeczy.