ПРОГРАМНА РЕАЛІЗАЦІЯ СПЕЦІАЛІЗОВАНИХ АЛГОРИТМІВ ГЕНЕРАЦІЇ ПСЕВДОВИПАДКОВИХ ЧИСЕЛ НА ПЛАТФОРМАХ ДЛЯ ВБУДОВАНИХ СИСТЕМ
Ключові слова:
псевдовипадкові числа та бітові послідовності, генератори ПВЧ, вбудовані системи з обмеженими ресурсами, пристрої IoT, криптографічні алгоритми, ESP32
Анотація
У статті проведено аналіз програмних реалізацій різних алгоритмів генерації псевдовипадкових чисел (ПВЧ) та псевдовипадкових бітових послідовностей (ПВБП), придатних для використання в складі вбудованих систем із обмеженими ресурсами: пристроїв Інтернету речей (IoT), бездротових сенсорних мереж (WSN), комплексів радіозв'язку малого радіусу дії та радіочастотної ідентифікації тощо. Виконано короткий огляд і аналіз існуючих платформ для розробки вбудованих систем, серед яких обрано рішення для проведення досліджень. Здійснено аналіз вимог до алгоритмів генерації ПВЧ, які підходять для реалізації у складі елементів систем із обмеженими ресурсами. Обрано найбільш характерні представники різних класів алгоритмів, реалізація яких буде найбільш доцільною. Проведено експериментальні дослідження, результати яких повинні допомогти розробникам у виборі найбільш підходящого алгоритму для генерації псевдовипадкових чисел у складі систем із обмеженими ресурсами.Завантаження
Дані про завантаження поки що недоступні.
Посилання
1. Shafique K., Khawaja B. A., Sabir F., Qazi S., Mustaqim M. "Internet of Things (IoT) for Next-Generation Smart Systems: A Review of Current Challenges, Future Trends and Prospects for Emerging 5G-IoT Scenarios," in IEEE Access, vol. 8, pp. 23022-23040, 2020, DOI: 10.1109/ACCESS.2020.2970118.
2. Yang Y., Wu L., Yin G., Li L., Zhao H. "A Survey on Security and Privacy Issues in Internet-of-Things," in IEEE Internet of Things Journal, vol. 4, no. 5, pp. 1250-1258, Oct. 2017, DOI: 10.1109/JIOT.2017.2694844.
3. Совин Я. Р., Наконечний Ю. М., Опірський І. Р., Стахів М. Ю. Аналіз апаратної підтримки криптографії у пристроях інтернету речей / Безпека інформації, Том 24 № 1 (2018), с. 36-48. DOI: 10.18372/2225-5036.24.12491
4. Kietzmann P., Schmidt T.C., Wählisch M. Kietzmann P., Schmidt T.C., Wählisch M. "A Guideline on Pseudorandom Number Generation (PRNG) in the IoT", ACM Computing Surveys (CSUR), Volume 54, Issue 6, 2020. pp. 1-38. DOI: 10.1145/3453159
5. Kübra Seyhan, Sedat Akleylek. "Classification of random number generator applications in IoT: A comprehensive taxonomy", Journal of Information Security and Applications, Vol. 71, Issue C, Dec 2022, DOI: 10.1016/j.jisa.2022.103365
6. Orue A. B., Hernandez-Encinas L., Fernandez V., Montoya F. "A review of cryptographically secure PRNGs in constrained devices for the IoT", International Joint Conference SOCO’17-CISIS’17-ICEUTE’17 León, Spain, 2017, Publ. in Advances in Intelligent Systems and Computing, vol 649. Springer, Cham. pp. 672–682. DOI: 10.1007/978-3-319-67180-2_65
7. Хомік М. А., Гарасимчук О. І. Застосування генераторів псевдовипадкових чисел та послідовностей в кібербезпеці, методи їх побудови та оцінки якості. Захист інформації. Т. 25 № 3 (2023). С. 147-159. DOI: 10.18372/2410-7840.25.17940
8. Orue A., Hernandez E. L., Martín A., Vitini F. "A Lightweight Pseudorandom Number Generator for Securing the Internet of Things", IEEE Access, vol. 5, pp. 27800-27806, 2017. DOI: 10.1109/ACCESS.2017.2774105
9. Bikram Paul, Apratim Khobragade, Soumith Javvaji Sai, Sushree Sila P. Goswami, Sunil Dutt, Gaurav Trivedi. " Design and Implementation of Low-Power High-throughput PRNGs for Security Applications", 2019 32nd Int. Conf. on VLSI Design and 2019 18th Int. Confe. on Embedded Systems (VLSID), 2019, Delhi, India, pp. 535-536. DOI: 10.1109/VLSID.2019.00123
10. Поперешняк С. В., Райчев О. О. "Модель легковагового генератора псевдовипадкових чисел для інтернету речей", Science-based technologies, 50(2), 2021, сс. 122-129. DOI: 10.18372/2310-5461.50.15670.
11. Miroschnyk M, Korytchinko T., Demihev O., Krylova V., Karaman D., Filippenko I. " Practical methods for de Bruijn sequences generation using non-linear feedback shift registers", 2018 14th Int. Conf. on Advanced Trends in Radioelecrtronics, Telecommunications and Computer Eng. (TCSET), Lviv-Slavske, Ukraine, pp. 1157-1161. DOI: 10.1109/TCSET.2018.8336400.
12. Trujillo-Toledo D. A., López-Bonilla O. R., García-Guerrero E. E., Tlelo-Cuautle E., López-Mancilla D., Guillén-Fernández O., Inzunza-González E. " Real-time RGB image encryption for IoT applications using enhanced sequences from chaotic maps", Chaos, Solitons & Fractals, Volume 153, Part 2, December 2021, 111506. DOI: 10.1016/j.chaos.2021.111506
13. ESP32 Technical Reference Manual. Version 5.0 Espressif Systems Copyright © 2023. https://www.espressif.com.
14. ESP32 Series Datasheet. Version 4.3 Espressif Systems Copyright © 2023. https://www.espressif.com/sites/default/ files/documentation/esp32_datasheet_en.pdf
15. Maier, A.; Sharp, A.; Vagapov, Y. Comparative Analysis and Practical Implementation of the ESP32 Microcontroller Module for the Internet of Things. In Proceedings of the 2017 Internet Technologies and Applications (ITA), Wrexham, UK, 12–15 September 2017; IEEE: Piscataway, NJ, USA, 2017; pp. 143–148.
16. Hangan, A.; Chiru, C.-G.; Arsene, D.; Czako, Z.; Lisman, D.F.; Mocanu, M.; Sebestyen, G. Advanced Techniques for Monitoring and Management of Urban Water Infrastructures—An Overview. Water 2022, 14, 2174. DOI: 10.3390/w14142174
17. Allafi, I.; Iqbal, T. Design and Implementation of a Low Cost Web Server Using ESP32 for Real-Time Photovoltaic System Monitoring. In Proceedings of the 2017 IEEE Electrical Power and Energy Conference (EPEC), Saskatoon, SK, Canada, 22–25 October 2017; IEEE: Piscataway, NJ, USA, 2017; pp. 1–5.
18. Carducci, C.G.C.; Monti, A.; Schraven, M.H.; Schumacher, M.; Mueller, D. Enabling ESP32-Based IoT Applications in Building Automation Systems. In Proceedings of the 2019 II Workshop on Metrology for Industry 4.0 and IoT (MetroInd4.0&IoT), Naples,Italy, 4–6 June 2019; IEEE: Piscataway, NJ, USA, 2019; pp. 306–311.
19. Tastan, M.; Gökozan, H. Real-Time Monitoring of Indoor Air Quality with Internet of Things-Based E-Nose. Appl. Sci. 2019, 9, 3435. DOI: 10.3390/app9163435
20. Sangeethalakshmi, K.; Preethi Angel, S.; Preethi, U.; Pavithra, S.; Shanmuga Priya, V. Patient Health Monitoring System Using IoT. Mater. Today Proc. 2021. DOI: 10.1016/j.matpr.2021.06.188
21. Blackman D., Vigna S. "Scrambled Linear Pseudorandom Number Generators", ACM Transactions on Mathematical Software, Volume 47, Issue 4, Article No.: 36, pp. 1-32. DOI: 10.1145/3460772
22. Vigna S. "xoshiro / xoroshiro generators and the PRNG shootout", https://prng.di.unimi.it/
23. Robert J. Jenkins Jr. "ISAAC and RC4", 1993-1996. http://burtleburtle.net/bob/rand/isaac.html
24. Bernstein D.J. "The Salsa20 Family of Stream Ciphers." In: Robshaw, M., Billet, O. (eds) New Stream Cipher Designs. Lecture Notes in Computer Science, vol 4986. Springer, Berlin, Heidelberg, 2008. DOI: 10.1007/978-3-540-68351-3_8
25. FreeRTOS. Available online: https://docs.espressif.com/ projects/esp-idf/en/latest/esp32/api-reference/system/ freertos.html (accessed on 15 November 2022).
2. Yang Y., Wu L., Yin G., Li L., Zhao H. "A Survey on Security and Privacy Issues in Internet-of-Things," in IEEE Internet of Things Journal, vol. 4, no. 5, pp. 1250-1258, Oct. 2017, DOI: 10.1109/JIOT.2017.2694844.
3. Совин Я. Р., Наконечний Ю. М., Опірський І. Р., Стахів М. Ю. Аналіз апаратної підтримки криптографії у пристроях інтернету речей / Безпека інформації, Том 24 № 1 (2018), с. 36-48. DOI: 10.18372/2225-5036.24.12491
4. Kietzmann P., Schmidt T.C., Wählisch M. Kietzmann P., Schmidt T.C., Wählisch M. "A Guideline on Pseudorandom Number Generation (PRNG) in the IoT", ACM Computing Surveys (CSUR), Volume 54, Issue 6, 2020. pp. 1-38. DOI: 10.1145/3453159
5. Kübra Seyhan, Sedat Akleylek. "Classification of random number generator applications in IoT: A comprehensive taxonomy", Journal of Information Security and Applications, Vol. 71, Issue C, Dec 2022, DOI: 10.1016/j.jisa.2022.103365
6. Orue A. B., Hernandez-Encinas L., Fernandez V., Montoya F. "A review of cryptographically secure PRNGs in constrained devices for the IoT", International Joint Conference SOCO’17-CISIS’17-ICEUTE’17 León, Spain, 2017, Publ. in Advances in Intelligent Systems and Computing, vol 649. Springer, Cham. pp. 672–682. DOI: 10.1007/978-3-319-67180-2_65
7. Хомік М. А., Гарасимчук О. І. Застосування генераторів псевдовипадкових чисел та послідовностей в кібербезпеці, методи їх побудови та оцінки якості. Захист інформації. Т. 25 № 3 (2023). С. 147-159. DOI: 10.18372/2410-7840.25.17940
8. Orue A., Hernandez E. L., Martín A., Vitini F. "A Lightweight Pseudorandom Number Generator for Securing the Internet of Things", IEEE Access, vol. 5, pp. 27800-27806, 2017. DOI: 10.1109/ACCESS.2017.2774105
9. Bikram Paul, Apratim Khobragade, Soumith Javvaji Sai, Sushree Sila P. Goswami, Sunil Dutt, Gaurav Trivedi. " Design and Implementation of Low-Power High-throughput PRNGs for Security Applications", 2019 32nd Int. Conf. on VLSI Design and 2019 18th Int. Confe. on Embedded Systems (VLSID), 2019, Delhi, India, pp. 535-536. DOI: 10.1109/VLSID.2019.00123
10. Поперешняк С. В., Райчев О. О. "Модель легковагового генератора псевдовипадкових чисел для інтернету речей", Science-based technologies, 50(2), 2021, сс. 122-129. DOI: 10.18372/2310-5461.50.15670.
11. Miroschnyk M, Korytchinko T., Demihev O., Krylova V., Karaman D., Filippenko I. " Practical methods for de Bruijn sequences generation using non-linear feedback shift registers", 2018 14th Int. Conf. on Advanced Trends in Radioelecrtronics, Telecommunications and Computer Eng. (TCSET), Lviv-Slavske, Ukraine, pp. 1157-1161. DOI: 10.1109/TCSET.2018.8336400.
12. Trujillo-Toledo D. A., López-Bonilla O. R., García-Guerrero E. E., Tlelo-Cuautle E., López-Mancilla D., Guillén-Fernández O., Inzunza-González E. " Real-time RGB image encryption for IoT applications using enhanced sequences from chaotic maps", Chaos, Solitons & Fractals, Volume 153, Part 2, December 2021, 111506. DOI: 10.1016/j.chaos.2021.111506
13. ESP32 Technical Reference Manual. Version 5.0 Espressif Systems Copyright © 2023. https://www.espressif.com.
14. ESP32 Series Datasheet. Version 4.3 Espressif Systems Copyright © 2023. https://www.espressif.com/sites/default/ files/documentation/esp32_datasheet_en.pdf
15. Maier, A.; Sharp, A.; Vagapov, Y. Comparative Analysis and Practical Implementation of the ESP32 Microcontroller Module for the Internet of Things. In Proceedings of the 2017 Internet Technologies and Applications (ITA), Wrexham, UK, 12–15 September 2017; IEEE: Piscataway, NJ, USA, 2017; pp. 143–148.
16. Hangan, A.; Chiru, C.-G.; Arsene, D.; Czako, Z.; Lisman, D.F.; Mocanu, M.; Sebestyen, G. Advanced Techniques for Monitoring and Management of Urban Water Infrastructures—An Overview. Water 2022, 14, 2174. DOI: 10.3390/w14142174
17. Allafi, I.; Iqbal, T. Design and Implementation of a Low Cost Web Server Using ESP32 for Real-Time Photovoltaic System Monitoring. In Proceedings of the 2017 IEEE Electrical Power and Energy Conference (EPEC), Saskatoon, SK, Canada, 22–25 October 2017; IEEE: Piscataway, NJ, USA, 2017; pp. 1–5.
18. Carducci, C.G.C.; Monti, A.; Schraven, M.H.; Schumacher, M.; Mueller, D. Enabling ESP32-Based IoT Applications in Building Automation Systems. In Proceedings of the 2019 II Workshop on Metrology for Industry 4.0 and IoT (MetroInd4.0&IoT), Naples,Italy, 4–6 June 2019; IEEE: Piscataway, NJ, USA, 2019; pp. 306–311.
19. Tastan, M.; Gökozan, H. Real-Time Monitoring of Indoor Air Quality with Internet of Things-Based E-Nose. Appl. Sci. 2019, 9, 3435. DOI: 10.3390/app9163435
20. Sangeethalakshmi, K.; Preethi Angel, S.; Preethi, U.; Pavithra, S.; Shanmuga Priya, V. Patient Health Monitoring System Using IoT. Mater. Today Proc. 2021. DOI: 10.1016/j.matpr.2021.06.188
21. Blackman D., Vigna S. "Scrambled Linear Pseudorandom Number Generators", ACM Transactions on Mathematical Software, Volume 47, Issue 4, Article No.: 36, pp. 1-32. DOI: 10.1145/3460772
22. Vigna S. "xoshiro / xoroshiro generators and the PRNG shootout", https://prng.di.unimi.it/
23. Robert J. Jenkins Jr. "ISAAC and RC4", 1993-1996. http://burtleburtle.net/bob/rand/isaac.html
24. Bernstein D.J. "The Salsa20 Family of Stream Ciphers." In: Robshaw, M., Billet, O. (eds) New Stream Cipher Designs. Lecture Notes in Computer Science, vol 4986. Springer, Berlin, Heidelberg, 2008. DOI: 10.1007/978-3-540-68351-3_8
25. FreeRTOS. Available online: https://docs.espressif.com/ projects/esp-idf/en/latest/esp32/api-reference/system/ freertos.html (accessed on 15 November 2022).
Опубліковано
2023-12-12
Як цитувати
Zuev A. Програмна реалізація спеціалізованих алгоритмів генерації псевдовипадкових чисел на платформах для вбудованих систем / A. Zuev, D. Karaman // Системи управління, навігації та зв’язку. Збірник наукових праць. – Полтава: ПНТУ, 2023. – Т. 4 (74). – С. 85-90. – doi:https://doi.org/10.26906/SUNZ.2023.4.085.
Розділ
Інформаційні технології
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
