Wie wir Computer als Zufallszahlengenerator verwenden

ZufallszahlengeneratorComputer generieren eine Zufallszahl für alles, von Kryptografie über Videospiele bis hin zu Glücksspielen. Es gibt zwei Kategorien von Zufallszahlen - wahr Zufallszahlen und Pseudozufallszahlen. Der Unterschied ist wichtig für die Sicherheit von Verschlüsselungssystemen. In diesem Artikel werden wir darüber sprechen, wie wir den Computer als Zufallszahlengenerator verwenden. Lass uns anfangen!

Dieses Thema ist in letzter Zeit kontroverser geworden. Viele Menschen fragen sich, ob der integrierte Hardware-Zufallszahlengenerator-Chip von Intel vertrauenswürdig ist oder nicht. Um zu verstehen, warum es möglicherweise nicht vertrauenswürdig ist, müssen Sie verstehen. So werden Zufallszahlen erzeugt und wofür sie verwendet werden.

Wofür werden Zufallszahlen verwendet? Zufallszahlengenerator

Zufallszahlen werden seit vielen tausend Jahren verwendet. Egal, ob Sie eine Münze werfen oder würfeln, das Ziel ist es, das Endergebnis dem Zufall zu überlassen. Der Zufallszahlengenerator in einem Computer ist ähnlich. Sie sind ein Versuch, ein unvorhersehbares, zufälliges Ergebnis zu erzielen.

Zufallszahlengeneratoren sind für viele verschiedene Zwecke sehr nützlich. Abgesehen von offensichtlichen Anwendungen wie dem Generieren von Zufallszahlen zum Zwecke des Glücksspiels oder dem Erstellen unvorhersehbarer Ergebnisse in einem Computerspiel ist die Zufälligkeit für die Kryptographie wirklich wichtig.

Kryptographie erfordert Zahlen, die Angreifer nicht erraten können. Wir können nicht einfach immer wieder dieselben Zahlen verwenden. Wir möchten diese Zahlen auf sehr unvorhersehbare Weise generieren, damit Angreifer sie nicht erraten können. Diese Zufallszahlen sind wichtig für die sichere Verschlüsselung. ob Sie Ihre eigenen Dateien verschlüsseln oder nur eine HTTPS-Site im Internet verwenden.

Wahre Zufallszahlen | Zufallszahlengenerator

Sie fragen sich vielleicht, wie ein Computer tatsächlich eine Zufallszahl generieren kann. Wo macht das? Zufälligkeit komme aus? Wenn es sich nur um einen Teil des Computercodes handelt, ist es dann nicht möglich, dass die vom Computer generierten Zahlen vorhersehbar sind?

Wir gruppieren im Allgemeinen die Computer der Zufallszahl, die generiert werden, in zwei Typen. Das hängt davon ab, wie sie erzeugt werden: Wahr Zufallszahlen und Pseudozufallszahlen.

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So generieren Sie eine wahr Zufallszahl: Der Computer misst eine Art physikalisches Phänomen, das außerhalb des Computers auftritt. Beispielsweise könnte der Computer den radioaktiven Zerfall eines Atoms messen. Nach der Quantentheorie gibt es keine Möglichkeit, sicher zu wissen, wann ein radioaktiver Zerfall stattfinden wird. Das ist also im Wesentlichen reine Zufälligkeit aus dem Universum. Ein Angreifer kann nicht vorhersagen, wann ein radioaktiver Zerfall auftreten wird. Sie würden also den Zufallswert nicht kennen.

Für ein alltäglicheres Beispiel könnte der Computer auf Umgebungsgeräusche angewiesen sein oder einfach die genaue Zeit, zu der Sie die Tasten auf Ihrer Tastatur drücken, als Quelle für unvorhersehbare Daten oder Entropie verwenden. Beispielsweise stellt Ihr Computer möglicherweise fest, dass Sie eine Taste genau 0,23423523 Sekunden nach 14:00 Uhr gedrückt haben. Nehmen Sie genug von den spezifischen Zeiten, die mit diesen Tastendrücken verbunden sind, und Sie haben eine Entropiequelle, mit der Sie eine erzeugen können wahr Zufallszahl. Sie sind keine vorhersehbare Maschine. Ein Angreifer kann also nicht genau erraten, wann Sie diese Tasten drücken. Das / dev / random-Gerät unter Linux, das Zufallszahlen generiert, Blöcke und gibt kein Ergebnis zurück, bis es genug Entropie sammelt, um eine wirklich zufällige Zahl zurückzugeben.

Pseudozufallszahlen | Zufallszahlengenerator

Pseudozufallszahlen sind eine Alternative zu wahr zufällige Zahlen. Ein Computer könnte einen Startwert und einen Algorithmus verwenden, um Zahlen zu generieren, die zufällig erscheinen, aber tatsächlich vorhersehbar sind. Der Computer sammelt keine zufälligen Daten aus der Umgebung.

Dies ist nicht unbedingt in jeder Situation eine schlechte Sache. Zum Beispiel, wenn Sie ein Videospiel spielen. Es spielt keine Rolle, ob die Ereignisse, die in diesem Spiel auftreten, durch verursacht werden wahr Zufallszahlen oder Pseudozufallszahlen. Andererseits. Wenn Sie Verschlüsselung verwenden, möchten Sie keine Pseudozufallszahlen verwenden, die ein Angreifer erraten könnte.

Angenommen, ein Angreifer kennt den Algorithmus und den Startwert, den ein Pseudozufallszahlengenerator verwendet. Angenommen, ein Verschlüsselungsalgorithmus erhält von diesem Algorithmus eine Pseudozufallszahl. Und verwendet es, um einen Verschlüsselungsschlüssel zu generieren, ohne zusätzliche Zufälligkeit hinzuzufügen. Wenn ein Angreifer genug weiß, kann er rückwärts arbeiten und die Pseudozufallszahl ermitteln. Der Verschlüsselungsalgorithmus muss in diesem Fall gewählt haben, wodurch die Verschlüsselung unterbrochen wird.

Der NSA und der Hardware-Zufallszahlengenerator von Intel

Um Entwicklern die Arbeit zu erleichtern und sichere Zufallszahlen zu generieren. Intel-Chips enthalten einen hardwarebasierten Zufallszahlengenerator namens RdRand. Dieser Chip verwendet eine Entropiequelle auf dem Prozessor und gibt der Software Zufallszahlen, wenn die Software sie anfordert.

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Das Problem hierbei ist, dass der Zufallszahlengenerator im Wesentlichen eine Black Box ist und wir nicht wissen, was darin vor sich geht. Wenn RdRand eine NSA-Hintertür enthalten würde, könnte die Regierung Verschlüsselungsschlüssel knacken. Dies wurde nur mit Daten generiert, die von diesem Zufallszahlengenerator geliefert wurden.

Dies ist ein ernstes Problem. Im Dezember 2013 haben die Entwickler von FreeBSD die Unterstützung für die direkte Verwendung von RdRand als Zufallsquelle entfernt und erklärt, sie könnten ihm nicht vertrauen. [Quelle] Die Ausgabe des RdRand-Geräts wird in einen anderen Algorithmus eingespeist, der zusätzliche Entropie hinzufügt. Dies stellt sicher, dass Hintertüren im Zufallszahlengenerator keine Rolle spielen. Linux hat bereits auf diese Weise funktioniert und die zufälligen Daten von RdRand weiter randomisiert, sodass sie selbst bei einer Hintertür nicht vorhersehbar sind. [Quelle] In einer kürzlich erschienenen AMA ( Frag mich was ) auf Reddit beantwortete Intel-CEO Brian Krzanich keine Fragen zu diesen Bedenken. [Quelle]

Natürlich ist dies wahrscheinlich nicht nur ein Problem mit Intel-Chips. Die Entwickler von FreeBSD nannten die Chips von Via auch namentlich. Diese Kontroverse zeigt, warum es so wichtig ist, Zufallszahlen zu generieren, die wirklich zufällig und nicht vorhersehbar sind.

Generieren wahr Zufallszahlen, Zufallszahlengeneratoren sammeln sich Entropie, oder scheinbar zufällige Daten aus der physischen Welt um sie herum. Für Zufallszahlen, die dies nicht tun Ja wirklich müssen zufällig sein, sie können nur einen Algorithmus und einen Startwert verwenden.

Fazit

Okay, das war alles Leute! Ich hoffe, Ihnen gefällt dieser Artikel zum Zufallsgenerator und ich finde ihn hilfreich für Sie. Geben Sie uns Ihr Feedback dazu. Auch wenn Sie weitere Fragen dazu stellen möchten. Dann lassen Sie es uns in den Kommentaren unten wissen. Wir kommen bald auf Sie zurück.

Ich wünsche ihnen einen wunderbaren Tag!