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This paper proposes a secure random number generation architecture that satisfies security requirements in lightweight embedded environments. The proposed system was designed based on the NIST SP 800-90A/B/C and the FIPS 140 series standards, which are international standards governing the security compliance of random number generators. Furthermore, a Quantum Random Number Generator (QRNG) is utilized as the entropy source to enable applicability in quantum-computing environments. The raw entropy generated by the QRNG is refined through a SHA-256-based conditioning component and subsequently used to produce cryptographically secure random numbers through CTR_DRBG. In addition, it was designed to continuously perform health checks on the QRNG output to ensure the reliability of the entropy source (including the chip itself). In particular, this study clearly separates the roles of the entropy source and the random number generator, presenting a structure implementable in embedded devices. This approach reduces the risk of overestimating min-entropy and ensures regulatory compliance. To validate the proposed structure, an operational model applying a commercially available QRNG chip (IDQ250C2) was presented and its operation was tested.

한국어

본 논문은 경량 임베디드 환경에서 보안 인증 요구사항을 만족하는 안전한 난수(Random Number) 생성 구조를 제안한다. 제안하는 구조는 난수 생성기의 보안 적합성과 관련된 국제 표준인 NIST SP 800-90A/B/C 및 FIPS 140 계열 표준을 기반으로 설계하였다. 또한, 양자 컴퓨터가 적용되는 정보 시스템 환경에서도 적용될 수 있도록 양자 난수 발생기(QRNG: Quantum Random Number Generator)를 엔트로피 소스로 활용하였다. QRNG에서 생성된 원시 엔트로피(Raw Entropy)는 SHA-256 기반 조건화 구성요소(Conditioning Component)를 통해 정제되며, 이후 CTR_DRBG를 통해 암호학적으로 안전한 난수로 확장된다. 또한 엔트로피 소스(칩 자체 포함)의 신뢰성을 확보하기 위해 QRNG 출력에 대한 헬스 체크를 지속 수행하도록 설계했다. 특히, 본 연구는 엔트로피 소스와 난수 생성기의 역할을 명확히 분리하고, 임베디드 장치에서도 구현가능한 구조를 제시함으로써 최소 엔트로피 (min-entropy) 과대평가 위험을 줄이고 인증 적합성을 확보하였다. 제안 구조를 구현하기 위해 상용화 된 QRNG 칩(IDQ250C2)을 적용한 동작 구조를 제시하고 동작을 시험하였다.

목차

요약
ABSTRACT
1. 서론
2. 관련 연구
3. 제안 시스템 구조 설계
4. 구현 및 시험
5. 결론
참고문헌

키워드

저자

• 강남희 [ Kang Namhi | 덕성여자대학교 데이터사이언스학과 교수 ]

참고문헌

발행기관

간행물

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• 간행물명

  융합보안논문지 [Jouranl of Information and Security]

• 간기

  연5회

• pISSN

  1598-7329

• 수록기간

  2001~2026

• 등재여부

  KCI 등재

• 십진분류

  KDC 005 DDC 005