Разработка программного модуля для комплексной оценки качества псевдослучайных последовательностей

В статье представлена разработка программного модуля для комплексной оценки качества генераторов псевдослучайных чисел (PRNG) с использованием расширенного набора статистических тестов и механизмов параллельной обработки данных. Актуальность работы обусловлена растущими требованиями к надежности криптографических систем в условиях цифровой трансформации и увеличения вычислительной мощности потенциальных злоумышленников. Модуль реализует 31 статистический тест, в том числе 15 тестов NIST STS, 12 тестов Diehard, а также 4 специализированные проверки, и поддерживает три генератора разных классов: Вихрь Мерсенна, CryptMT и криптографически безопасную систему RandomNumberGenerator. Ключевой особенностью решения является параллельное выполнение наборов тестов на основе библиотеки параллелизма задачам и механизма генератора ThreadLocal, что обеспечивает 3–5-кратное ускорение обработки данных на 8-ядерных системах по сравнению с последовательным режимом, гарантируя при этом воспроизводимость результатов для детерминированных генераторов. Модульная трёхуровневая архитектура на платформе C#/.NET 7 позволяет расширять список поддерживаемых генераторов и тестов без изменения ядра системы. В ходе экспериментов генератор Вихрь Мерсенна продемонстрировал скорость генерации 148 миллионов чисел в секунду, пройдя при этом 98% тестов, а потребление оперативной памяти модулем не превышало 650 МБ при обработке выборок объемом до 10 ГБ. Практическая значимость данного решения подтверждается его применимостью к верификации криптографических систем, научным исследованиям и образованию.