Statistical quality analysis of pseudo-random sequence generators in stream ciphers: performance benchmarking and practical recommendations

Abstract

У роботі проведено комплексний порівняльний аналіз потокових шифрів AES-CTR, ChaCha20, Trivium та RC4 за критеріями статистичної якості, продуктивності та криптографічної стійкості. Для оцінки статистичних властивостей псевдовипадкових послідовностей застосовано стандартизований набір тестів NIST SP 800-22 (15 тестів). Проведено багатокритеріальну оцінку алгоритмів та сформульовано практичні рекомендації щодо їх вибору для різних сценаріїв застосування.

This paper presents a comprehensive comparative analysis of AES-CTR, ChaCha20, Trivium, and RC4 stream ciphers evaluated across statistical quality, performance, and cryptographic security criteria. The NIST SP 800-22 statistical test suite (15 tests applied to 100 sequences of 10⁶ bits each) was employed to assess the randomness properties of the generated pseudo-random sequences. A multi-criteria weighted evaluation framework was developed, and practical recommendations are formulated for algorithm selection across different application scenarios.