Entropiequelle

Eine Entropiequelle ist eine Quelle, die Zufalls- oder nahezu zufällige Bitfolgen liefert, die für Kryptografie, Simulationen und andere Anwendungen benötigt werden. Entropie ist Maß der Unvorhersagbarkeit oder Unordnung; in der Informationstheorie entspricht sie der durchschnittlichen Unsicherheit einer Symbolfolge.

Man unterscheidet primär hardwarebasierte Entropiequellen (Rauschquellen in Elektronik, Quantenrauschen, Photonenrauschen, thermisches Rauschen, Zener-Rauschen) und softwarebasierte Entropiequellen (Auslesen von Systemereignissen wie Zeitstempel, Tastatureingaben, Mausbewegungen). Hardwarequellen liefern oft höhere Unvorhersagbarkeit, sind aber teurer und komplexer.

Die Qualität einer Entropiequelle wird durch Entropiekennzahlen gemessen: Min- und Shannon-Entropie, Entropie-Rate, Bias. Die Quelle sollte nicht vorhersehbar sein; oft wird eine Entropiequelle als Seed für einen kryptographisch sicheren Zufallszahlengenerator (CSPRNG) verwendet. Häufig wird eine Post-Processing-Stufe eingesetzt, etwa Hash-Funktionen oder vom Neumann-Extractor, um Bias zu reduzieren.

Anwendungen und Standards: Zufallszahlen für Schlüsselgenerierung, Initialisierung von CSPRNGs, Simulationen. Standards: NIST SP 800-90A/B/C behandelt Entropiequellen und Generatoren; ISO/IEC 18031 befasst sich mit Zufallszahlen; FIPS 140-2/3 verlangt geeignete Entropiequellen in Kryptosystemen.

Sicherheit und Prüfung: Entropiequellen können manipuliert werden oder sich entleeren; regelmäßige Tests (NIST-Tests SP 800-22, Diehard, TestU01) sind Standard. Methoden zur Validierung umfassen Bias-Tests, Autokorrelationschecks und Rotations- bzw. Entropierate-Verifikation.