PRNG จะใช้เมื่อใดและจะใช้ CSPRNG เมื่อใด

ฉันเข้าใจว่า PRNG เป็นตัวสร้างตัวเลขสุ่มที่ใช้อัลกอริทึมกำหนดขึ้นจากเมล็ด

ฉันเข้าใจด้วยว่า CSRNG เป็น PRNG ที่ปลอดภัยสำหรับการเข้ารหัสเพื่อสร้างตัวเลขสุ่ม

และด้วยการเข้ารหัสอย่างปลอดภัย ฉันเชื่อว่านี่หมายความว่าแม้ว่าผู้โจมตีจะทราบอัลกอริทึมเชิงกำหนดและเมล็ด พวกเขาจะไม่สามารถทำนายหมายเลขสุ่มถัดไปได้ ฉันเข้าใจว่านี่เป็นเพราะ CSRNG ใช้ประโยชน์จากสถานะภายในบางอย่างด้วย

หากมีข้อผิดพลาดใดๆ ข้างต้น ฉันจะขอบคุณสำหรับการชี้แจงเพราะคำถามของฉันขึ้นอยู่กับความถูกต้อง

ดังนั้นคำถามหลักของฉันคือคุณต้องการ PRNG เมื่อใด และเมื่อใดที่คุณต้องใช้ CSPRNG

คำตอบแรกของฉันคือควรใช้ CSPRNG เมื่อสร้างคีย์ แต่เมื่อฉันค้นหา "prng ใช้สำหรับอะไร" หน้าหนึ่งที่ฉันพบคือ นี้ ซึ่งระบุว่า:

ในการเข้ารหัส PRNG ถูกใช้เพื่อสร้างคีย์เซสชันและรหัสสตรีม

ซึ่งทำให้ฉันสับสนเล็กน้อย ทำไม PRNG ที่ไม่แข็งแกร่งในการเข้ารหัสจึงควรใช้สำหรับคีย์ ฉันคาดว่าจะใช้ CSPRNG แทน

สิ่งนี้ทำให้ฉันรู้ว่าบางทีฉันยังไม่เข้าใจ PRNG และ CSPRNG อย่างถ่องแท้ และวิธีการใช้ ดังนั้นคำถามนี้: ในการเข้ารหัส PRNG จะใช้เมื่อใดและจะใช้ CSPRNG เมื่อใด

ประการแรก คำจำกัดความบางประการ:

• PRNG คือ เครื่องกำเนิดตัวเลขสุ่มหลอก. อาจเป็นสิ่งที่ไม่ดีหรือมีคุณสมบัติทางคณิตศาสตร์ที่แข็งแกร่งมาก ไม่สำคัญสำหรับคำจำกัดความนี้
• CSPRNG คือ PRNG ที่ปลอดภัยด้วยการเข้ารหัส. เป็น PRNG ที่มีข้อกำหนดบางอย่างที่เข้มงวด

ในของคุณ ลิงค์ผู้เขียนกำลังเขียนเกี่ยวกับ CSPRNG แต่เรียกมันว่า PRNG องค์ประกอบ "ความปลอดภัยในการเข้ารหัส" เป็นไปตามข้อกำหนดนี้:

สตริงบิตที่สร้างขึ้นควร "ดูสุ่ม" สำหรับฝ่ายตรงข้าม

แท้จริงแล้ว CSPRNG จำเป็นเมื่อเอาต์พุตของ PRNG ต้องแยกไม่ออกจากการสุ่มที่สม่ำเสมออย่างสมบูรณ์ สิ่งนี้จำเป็นสำหรับอัลกอริธึมการเข้ารหัสบางอย่าง

CSPRNG ส่วนใหญ่ที่ให้บริการโดยระบบปฏิบัติการจะอัปเดตสถานะภายในของตนจากการป้อนข้อมูลแบบสุ่ม ดังนั้นแม้ว่าเมล็ดหรือสถานะภายในจะรั่วไหลในบางจุด ก็จะแก้ไขตัวเองเป็นสถานะปลอดภัยโดยอัตโนมัติ แต่นี่ไม่ใช่ข้อกำหนดสำหรับ CSPRNG CSPRNG บางตัวที่ให้บริการโดยไลบรารีเข้ารหัสไม่อัปเดตสถานะโดยอัตโนมัติ ในขณะที่บางรายการอัปเดต

สามารถใช้ CSPRNG แทน PRNG ได้ตลอดเวลาเมื่อไม่จำเป็นต้องสร้างเอาต์พุตเดียวกันซ้ำสองครั้ง ตัวอย่างเช่น เมื่อสร้างระดับวิดีโอเกมจากเมล็ดพันธุ์ หรือเมื่อใด คลุมเครือสิ่งสำคัญคือต้องสามารถสร้างเอาต์พุตซ้ำได้ ในกรณีดังกล่าว ควรใช้ PRNG หรือ CSPRNG ซึ่งไม่อัปเดตสถานะภายในโดยอัตโนมัติจากแหล่งอื่นนอกเหนือจากเมล็ดเริ่มต้น นอกจากนี้ยังสามารถใช้รหัสสตรีมได้ แต่ PRNG แบบง่ายอาจมากกว่านั้น เพียงพอ และอื่น ๆ มีประสิทธิภาพขึ้นอยู่กับข้อกำหนด

ในการตอบคำถามของคุณโดยตรง คุณต้องใช้ CSPRNG เมื่อมีการระบุโดยอัลกอริทึมการเข้ารหัส (ซึ่งมักจะเป็นกรณีนี้) และคุณต้องใช้ PRNG หรือ CSPRNG ซึ่งไม่อัปเดตสถานะภายในโดยอัตโนมัติเมื่อจำเป็นต้องสร้างเอาต์พุตซ้ำ สำหรับกรณีอื่นๆ ส่วนใหญ่แล้วประเภท RNG ที่คุณใช้นั้นไม่สำคัญ

นอกจากนี้ หากคุณต้องการเอาต์พุตที่ทำซ้ำได้ซึ่งแยกไม่ออกจากการสุ่มที่เหมือนกันอย่างสมบูรณ์ คุณจำเป็นต้องมี รหัสสตรีมไม่ใช่ PRNG

มันค่อนข้างง่ายจริงๆ

พี. เครื่องสร้างตัวเลขสุ่มสร้างตัวเลขที่ดูสุ่ม (ดูด้านล่าง) บางครั้งสิ่งที่คาดหวังก็คือตัวเลขนั้นไม่สามารถแยกแยะได้จากการมองแบบสุ่ม (PRNG) หากคุณสามารถทำนายหมายเลขถัดไปตามอัลกอริทึมได้ ก็ไม่เป็นไร ตัวอย่างเช่น, มอนติคาร์โล การทดลอง เดอะ เมอร์เซน ทวิสเตอร์ ค่อนข้างดีและน่าจะเป็น PRNG ที่ใช้มากที่สุดในโลก (อยู่ใน Python) แต่สามารถคาดเดาได้อย่างสมบูรณ์หลังจากสังเกตผลลัพธ์ ~ 624 จึงไม่มีประโยชน์ที่จะปิดบังความลับ.

ค. CSPRNG คือ PRNG ที่อัปเกรดซึ่งคุณไม่สามารถคาดเดาหมายเลขถัดไปได้ เรียกว่าการทดสอบบิตถัดไป กล่าวคือ คุณไม่สามารถคาดเดาบิตเอาต์พุตถัดไปได้ไม่ว่าคุณจะสังเกตอะไรก็ตาม (ไม่ทราบสถานะภายในที่ซ่อนอยู่) ดังนั้น:-

$$ P(x_{i} = 1) = \frac{1}{2} + \epsilon $$

โดยที่อคติจากคู่คือ (โดยทั่วไป) $< 2^{-64}$. หากคุณตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับส่วนแรกของข้อความเข้ารหัส ก็จะไม่มีประโยชน์ในส่วนถัดไปและคุณก็จะจบลงที่อะไร ซึ่งเป็นสิ่งที่เราต้องการปกปิดเป็นความลับ. ตัวอย่างคือ ซัลซ่า20 เป็นส่วนหนึ่งของรหัสสตรีม

ในการเข้ารหัส PRNG ถูกใช้เพื่อสร้างคีย์เซสชันและรหัสสตรีม

เป็นเพียงการพูดจาฉาบฉวย ฉันเรียกมันว่า RNG ทั้งหมด เว้นแต่ว่าต้องการคำจำกัดความที่แคบลง

1. Nuance: PRNG สามารถสร้างตัวเลขได้ทุกประเภท แปลกประหลาด การแจกแจงที่เป็นประโยชน์สำหรับวิทยาศาสตร์และสิ่งนั้น ในการเข้ารหัส เราสร้างการแจกแจงแบบเดียวกันเพื่อปกปิดข้อความของเรา

2. มองไปที่ https://en.m.wikipedia.org/wiki/List_of_random_number_generators.

3. สังเกตการมีอยู่ของ TRNGซึ่งเป็นการผสมผสานระหว่างด้านบนกับฮาร์ดแวร์