4장 Random Number 프로그래밍 언어 실험실 석사 3학기 박중기

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1 4장 Random Number 프로그래밍 언어 실험실 석사 3학기 박중기
JAVA Cryptography 4장 Random Number 프로그래밍 언어 실험실 석사 3학기 박중기

2 목차 SecureRandom Self-Seeding Keyboard Timing SeederDialog

3 Random Number pseudo-random number: 필연적으로 주기성이 발생하는 난수
PRNG : pseudo-random number generator seed : 의사-난수를 발생시킬 때의 초기값

4 SecureRandom java.util.Random에 PRNG가 구현되어있음 결점
예상할 수 있는 순서의 숫자를 생성하는 알고리즘 사용 시드값이 랜덤하지 않으면, 시스템 클럭을 이용하고, 이는 예상 가능한 시드이다.

5 SecureRandom (cont’d)
java.security.SecureRandom은 보다 강력한 PRNG, JDK1.1에 소개 되어짐 SHA-1 메시지 다이제스트 알고리즘을 사용 SecureRandom은 seed를 사용하여 생성됨 보다 많은 의사-난수 생성에 필요 메시지 다이제스트의 변경 불가 성질때문에, PRNG의 현재 출력을 알더라도 과거 혹은 미래의 값을 예측하기 힘들다.

6 SecureRandom (cont’d)
nextBytes() 메소드 호출 100bytes의 의사-난수 데이터 생성 SecureRandom sr = new SecureRandom(); byte[] pseudoRandom = new byte[100]; sr.nextBytes(pseudoRandom);

7 SecureRandom (cont’d)
두개의 SecureRandom constructors: public SecureRandom() SecureRandom을 생성 자동적으로 생성된 seed데이터로 초기화 public SecureRandom(byte[] seed) 주어진 시드 데이터를 취하고 그것을 SecureRandom 인스턴스 초기화에 사용

8 SecureRandom (cont’d)
진정한 랜덤 데이터 수집시, setSeed()를 사용하여 SecureRandom의 시드를 갱신 public synchronized void setSeed(byte[] seed) SecureRandom의 내부 상태 갱신 의사-난수 데이터 필요시, nextBytes()를 호출 public synchronized void nextBytes(byte[] bytes) 주어진 바이트배열을 의사-난수 데이터로 채운다

9 Self-Seeding SecureRandom을 생성할때 seed 값을 기술하지 않으면, 자동으로 생성된다.
시스템 상의 thread 타이밍에 기초한 알고리즘을 사용하여 seed 발생기는 seed를 얻는다. 시간 걸림(몇초) 완전히 검증되지 않았고, 암호 해독가들이 이용할수 있는 약점이 있다.

10 Keyboard Timing SecureRandom에 seed하는 또 다른 메소드.
키보드 이벤트 타이밍을 측정하는 PGP(Pretty Good Privacy)에서 사용되어져온 메소드에 기초 빠른 타이머를 이용하여 keystroke 사이의 간격을 계측하고, 그 시간의 낮은 자리 비트를 하나 혹은 두개를 취한다. 사용자가 몇 초간의 데이터를 입력해야하므로 불편하다.

11 Seeder KeyEvents에 따라 일정한 길이의 seed 값을 만든다.
단지 KeyListener interface를 구현 package oreilly.jonathan.util; import java.awt.AWTEventMulticaster; import java.awt.event.*; public class Seeder implements KeyListener {

12 Seeder (cont’d) protected byte[] mSeed; //mSeed에 seed 값 저장
protected int mBitIndex; // 현재 비트 인덱스 protected boolean mDone; // seed 수집 완료 indicate protected char mLastKeyChar; //반복된 키 거부를 위해 //마지막 키 값 저장 protected ActionListener mListenerChain; protected Counter mCounter; // 키보드 이벤트 간의 // 시간을 측정하는 트랙유지

13 Seeder (cont’d) public Seeder (int seedBytes) {reset(seedBytes);}
public void reset(int seedBytes) { mSeed = new byte[seedBytes]; mBitIndex = seedBytes * 8 -1; mDone = false; mLastKeyChar = '\0'; mListenerChain = null; // reset()는 Seeder를 초기화

14 Seeder (cont’d) public byte[] getSeed() { return mSeed;}
public int getBitLength() { return mSeed.length * 8;} // Seeder에 유용한 정보제공 public int getCurrentBitIndex(){ return mSeed.length * mBitIndex; } //mBitIndex는 감소 카운트 public void addActionListener (ActionListener al) { mListenerChain = AWTEventMulticaster.add(mListenerChain, al); // seed 발생시 통고 바라는 객체의 등록 public void removeActionListener (ActionListener al){ mListenerChain = AWTEventMulticaster.remove(mListenerChain, al); // seed 발생시 통고 바라는 객체의 등록취소

15 Seeder (cont’d) Seeder는 KeyListener로서 키의 눌림을 인식하고 이벤트를 발생한다.
반복된 키를 걸러내고 keyTyped()에서 grabTimeBit()를 호출 public void keyPressed(KeyEvent ke) {} public void keyReleased(KeyEvent ke) {} public void keyTyped(KeyEvent ke) { char keyChar = ke.getKeyChar(); if (keyChar != mLastKeyChar) grabTimeBit(); mLastKeyChar = keyChar; }

16 Seeder (cont’d) protected void grabTimeBit() { if (mDone) return;
int t = mCounter.getCount(); //Counter로 부터 count 가져옴 int bit = t & 0x0001; //하나의 비트를 벗겨냄 if (bit != 0) { int seedIndex = mBitIndex / 8; int shiftIndex = mBitIndex % 8; mSeed[seedIndex] |= (bit << shiftIndex); //그 비트가 0이 아니면 seed 값 갱신

17 Seeder (cont’d) mBitIndex--; if (mBitIndex < 0) { mCounter.stop();
mBitIndex = 0; // Reset this so getCurrentBitIndex() works. mDone = true; // seed 완료 if (mListenerChain != null) { mListenerChain.actionPerformed( new ActionEvent (this, 0, "Your seed is ready.")); }

18 Seeder (cont’d) Seeder 사용 3단계 Seeder 생성 KeyEvents의 소스를 Seeder에 엮는다.
Seeder s = new Seeder(20); KeyEvents의 소스를 Seeder에 엮는다. theComponent.addKeyListener(s); ActionEvent 등록 s.addActionListener(this);

19 AWTEventMulticaster Seeder는 다중 ActionListener의 트랙을 유지하면서, 제공된 변수는 하나이다. AWTEventMulticaster는 새로운 listener의 추가를 다루며, 이전의 ActionListeners와 새로운 ActionLister를 담는 새로운 객체를 생성한다. 단지 한 개의 ActionListener변수인 mListenerChain만 있어도 모든 객체를 참조하므로 하나만으로 족하다.

20 Pitfalls Seeder 설계의 쟁점 미묘한 타이밍 문제 반복되는 키들의 위험성
Counter가 Seeder에 리턴하는 값에 어떤 규칙이 있는지를 확신할 수 없다. 반복되는 키들의 위험성 반복되는 키들의 타이밍은 매우 규칙적이다. 반복키를 걸러내어 함정을 피한다. 그러나, 키보드 장치 자체의 interval로 인해, 그것보다 빠르게 입력되면 규칙적인 타이밍이 만들어 질수 있다.

21 Pitfalls (cont’d) random에 대한 통계학적 검증을 거쳐도 랜덤인지 확신할 수 없다.
Salzbug대학, 난수 발생기와 난수 검사정보 random에 대한 문헌과 다른 사이트 링크 논문, 소스 코드, 하드웨어 사양, 링크 리스트 Lava Lites가 난수 발생에 어떻게 사용되는지 설명

22 SeederDialog Seed 값을 얻는데 사용되는 모델 다이얼로그 사용
SeederDialog sd = new SeederDialog(this, 20); sd.show(); byte[] seed = sd.getSeed();

23 SeederDialog (cont’d)
Source Code package oreilly.jonathan.awt; import java.awt.*; import java.awt.event.*; import oreilly.jonathan.util.*; public class SeederDialog extends Dialog implements ActionListener, KeyListener { ProgressBar mProgressBar; Seeder mSeeder; public SeederDialog(Frame parent, int seedBytes) { super(parent, "Seeder Dialog", true); setupWindow(seedBytes); }

24 SeederDialog (cont’d)
public byte[] getSeed() { return mSeeder.getSeed(); } // Seeder 객체로부터 seed 값을 리턴 public void actionPerformed(ActionEvent ae) { dispose(); } // Seeder로부터 ActionEvent를 돌려받는다. public void keyPressed(KeyEvent ke) {} public void keyReleased(KeyEvent ke) {} public void keyTyped(KeyEvent ke) { mProgressBar.setLevel(mSeeder.getCurrentBitIndex()); } 나머지 source code 생략