Satunnaislukugeneraattorit

Satunnaislukugeneraattorit ovat laitteita tai ohjelmistoja, jotka tuottavat sarjoja lukuja, joiden tilastollinen satunnaisuus ja riippumattomuus pyritään varmistamaan. Generaattorit jaetaan pääasiallisesti kahteen ryhmään: todelliset satunnaislukugeneraattorit (TRNG) sekä pseudorandom-number generatorit (PRNG). TRNG:t nojaa fysikaalisiin ilmiöihin, PRNG:t puolestaan perustuvat matemaattisiin algoritmeihin ja tuottavat deterministisen sarjan tietyllä siemenellä.

TRNG:t käyttävät hyödykseen arvaamattomia lähteitä kuten termistä kohinaa tai kvanttipohjaisia ilmiöitä. Niiden tuloksesta ei voi aloittaa täysin identtistä sarjaa ilman samaa signaalia. PRNG:t ovat ohjelmallisia malleja, jotka alkavat siemenestä ja tuottavat pitkän, ennalta identtisesti toistuvan sarjan. Yleisiä PRNG-tyyppejä ovat lineaariset kongruenssi-ilmaisimet, Mersenne Twister sekä PCG. Joillakin PRNG:illä on kryptografinen turvallisuusvaatimus, jolloin niitä kutsutaan CSPRNG:iksi.

CSPRNG:t eli kryptografisesti turvalliset PRNG:t on suunniteltu siten, että ulkoinen taho ei pysty ennustamaan tulevia arvoja eikä rekonstruoimaan sisäistä tilaa. Käyttöympäristöissä, joissa tarvitaan vahvaa turvallisuutta, käytetään CSPRNG-toteutuksia sekä ohjelmallisesti että laitteistopohjaisesti. Tulosten satunnaisuus arvioidaan tilastollisin testisarjoilla, kuten NIST-testisarjoilla, Diehard-testeillä tai TestU01-sarjoilla, ja järjestelmän vaatimusten mukaan valvontaa suoritetaan jatkuvasti.

Käyttökohteet ovat laajoja. TRNG:tä käytetään, kun vaaditaan todellista korkeaa entropiaa ja epäjatkuvuutta, kuten avainten generaatiolle turvasovelluksissa. PRNG:tä käytetään suurissa simulaatioissa, tilastollisissa kokeissa ja ohjelmointitehtävissä, joissa toistettavuus on hyödyllistä. Siemenet on hallittava tarkasti ja tarvittaessa generaattori reseedataan, jotta tulosten laatu pysyy korkeana.