Alternative approaches for evaluation in BoolTest battery

Bc. Samuel Obuch

Master's thesis

Abstract:

Cieľom diplomovej práce je zlepšiť schopnosť BoolTestu detekovať nenáhodnosť. Ďaľším účelom práce je preskúmať prípad, keď máme k dispozícií vstupno-výstupné páry pre kryptografické funkcie. Implementovali sme niekoľko vylepšení pre BoolTest, celkovo znižujúce jeho zložitosť až o 65%. Taktiež sme navrhli heuristiku založenú na stromoch, ktorá sa pri porovnaní s BoolTestom ukázala ako vhodný doplnok pôvodnej dvojfázovej heuristiky. Následne sme predstavili nový model testovania náhodnosti, kde predávame generátorom riedke náhodné dáta, na polceste medzi náhodnými dátami a počítadlom. Tento model poskytuje viac možností na určenie zložitosti problému. Preto je vhodnejší na posúdenie rozdielnych techník alebo prístupov. Následne použijeme tento model na ukážku, že techniky používajuce vstupno-výstupné dáta ponúkajú značné výhody.

Abstract:

In this thesis, we aim to improve the efficiency of BoolTest, and the quality of the distinguishers it constructs. An additional objective is to examine a special use case where input-output pairs for cryptographic functions are available. We implemented several performance improvements for BoolTest, reducing complexity by up to 65%. We also proposed a tree-based heuristic that a comparison with BoolTest showed is well suited to complement its two-phases heuristic. Then we introduce a new model for randomness testing – passing sparse random sequences, in between random sequences and counters, as inputs for the tested generators. This model offers more options for adjustment of the problem difficulty, i.e. the amount of bias present in the test cases. As such, it is better suited to differentiate techniques or approaches. We proceed to show that input-output approaches offer a sizeable advantage over output-only approaches using this model.

Keywords

BoolTest, randomness testing, statistical testing, Boolean function

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 14. 12. 2021

Thesis defence

• Date of defence: 2. 2. 2022
• Supervisor: Mgr. Marek Sýs, Ph.D.
• Reader: RNDr. Dušan Klinec

Masaryk University

Faculty of Informatics

Master programme / field:
Computer systems, communication and security / Information security