Project Entropy: российский криптографический генератор¶

Project Entropy — российский программно-аппаратный комплекс для генерации случайных чисел, разработанный компанией «Криптонит» (входит в группу компаний InfoWatch). Система предназначена для высокопроизводительного сбора энтропии из физических источников шума и используется для обеспечения криптографической стойкости систем шифрования, электронной подписи и других протоколов защиты информации.

¶Назначение и принцип работы

Project Entropy решает задачу генерации истинно случайных последовательностей, которые невозможно предсказать или воспроизвести. В отличие от псевдослучайных генераторов, использующих детерминированные алгоритмы, Project Entropy опирается на физические источники энтропии — неопределённость квантовых и тепловых процессов в полупроводниковых элементах.

Основой работы устройства служит измерение теплового (джонсоновского) шума в резисторах или дробового шума в диодах. Аналоговый сигнал оцифровывается и проходит первичную обработку, после чего данные поступают в криптографический модуль, где происходит их десериализация и очистка от возможных корреляций. Итоговая случайная последовательность соответствует требованиям международных и российских стандартов, включая ГОСТ Р ИСО/МЭК 18031.

¶Аппаратная платформа

Проект реализован в виде PCI-платы расширения, которая устанавливается в сервер или рабочую станцию. Устройство содержит:

• аналоговый блок с источником шума;
• аналого-цифровой преобразователь;
• программируемую логическую интегральную схему (ПЛИС) для первичной обработки;
• интерфейсный контроллер для взаимодействия с шиной PCI.

Плата не требует внешнего питания и обслуживания, работает в автоматическом режиме. По заявлению разработчика, производительность генератора достигает 20 Мбит/с, что позволяет обслуживать несколько криптографических приложений одновременно.

¶Программное обеспечение

В комплект поставки входит программное обеспечение для операционных систем семейства Linux и Windows. Драйвер устройства предоставляет приложениям доступ к генератору через стандартные интерфейсы, в том числе через файл устройства /dev/entropy в Unix-подобных системах. Это позволяет использовать Project Entropy в качестве источника случайности для ядра операционной системы, СКЗИ, генераторов ключей и других программ.

Для разработчиков предусмотрен SDK с библиотекой функций на языке C, а также утилиты командной строки для тестирования и диагностики. Программный стек поддерживает интеграцию с OpenSSL, что упрощает встраивание генератора в существующую инфраструктуру.

¶Применение

Project Entropy применяется в следующих сферах:

• Генерация ключей шифрования — создание ключей для симметричных и асимметричных криптосистем;
• Электронная подпись — формирование одноразовых случайных значений, необходимых для подписи;
• Протоколы аутентификации — выработка случайных вызовов (nonce) и сессионных параметров;
• Защита от атак по побочным каналам — исключение предсказуемости случайных величин в криптографических алгоритмах;
• Научные расчёты и моделирование — использование истинно случайных данных в статистических симуляциях.

Устройство сертифицировано ФСБ России и ФСТЭК России, что позволяет использовать его в государственных информационных системах и системах, обрабатывающих персональные данные.

¶Преимущества и ограничения

Ключевым преимуществом Project Entropy является аппаратная природа источника энтропии — взломщик не может повлиять на физический процесс генерации, не имея доступа к оборудованию. Устройство не зависит от состояния операционной системы и не подвержено программным атакам на пул энтропии.

Ограничением является необходимость установки платы в сервер, что делает невозможным использование Project Entropy в портативных или встраиваемых устройствах без дополнительных конструктивных решений. Кроме того, стоимость устройства выше затрат на программные генераторы, что ограничивает его применение в коммерческом секторе.

¶Аналоги

На рынке существуют схожие аппаратные генераторы случайных чисел, например, российские устройства «Криптон» и «ШИП», а также зарубежные модели компаний Intel (цифровой генератор случайных чисел в процессорах) и ID Quantique (квантовый генератор). Отличительной чертой Project Entropy является полная российская разработка и сертификация по отечественным стандартам.

¶Разработчик

Компания «Криптонит» основана в 1997 году и специализируется на создании средств криптографической защиты информации. Project Entropy является одним из флагманских продуктов компании и развивается с середины 2000-х годов. Устройство прошло несколько поколений модернизации, последние ревизии поддерживают интерфейс PCI Express.