КЛАСИФІКАЦІЙНО-СТРУКТУРНИЙ ПІДХІД ДО ОЦІНЮВАННЯ ВИПАДКОВОСТІ КОРОТКИХ БІНАРНИХ ПОСЛІДОВНОСТЕЙ У СИСТЕМАХ КРИПТОГРАФІЧНОГО ЗАХИСТУ ТА IOT-ТЕЛЕМЕТРІЇ

Анотація

У статті розглянуто проблему оцінювання випадковості коротких бінарних послідовностей, що використовуються в системах криптографічного захисту та IoT-телеметрії як ключі, токени автентифікації, службові маркери та ідентифікатори. Показано, що традиційні статистичні пакети тестування випадковості (NIST STS, DIEHARD, TestU01) орієнтовані на довгі вибірки й втрачають достовірність за довжин 8–128 біт, що є типовими для lightweight-протоколів ZigBee, LoRaWAN, RFID та вбудованих контролерів. Запропоновано класифікаційно-структурний підхід до оцінювання випадковості, який ґрунтується на аналізі неперекривних k-ланцюжків, побудові вектора емпіричних частот та використанні статистики максимального відхилення від теоретичного розподілу. Отримано теоретичну оцінку ймовірності великих відхилень на основі нерівності Гьофдінга, що дозволяє задати порогове значення критерію для заданого рівня значущості й формально контролювати ймовірність помилки прийняття рішень. Запропонований підхід формалізує задачу оцінювання випадковості як класифікаційну, що дозволяє порівнювати генератори та відсіювати невипадкові послідовності за показниками якості. Експериментальний стенд охоплює чотири класи джерел послідовностей (алгоритмічні PRNG, криптографічний AES-CTR, апаратні сенсори шуму), для яких сформовано фрагменти довжиною 8–128 біт і проведено порівняння з ENT та базовими тестами NIST SP 800-22 за метриками точності, помилки II роду, ROC-характеристиками та швидкодії. Показано, що запропонований метод забезпечує вищу точність класифікації, кращі ROC-показники та меншу варіативність результатів для коротких фрагментів, зберігаючи при цьому прийнятну обчислювальну складність для реалізації на мікроконтролерах. Окреслено практичні сценарії застосування моделі в IoT-сенсорах, системах «розумного дому», embedded-контролерах та телеметричних IDS/IPS, де запропонований критерій може виконувати роль легковагового модуля контролю якості випадковості та підвищувати загальну стійкість криптографічних протоколів до експлуатації структурних дефектів генераторів.