модуль представляет собой профессионально разработанный компонент на языке программирования Delphi, предназначенный для работы с аппаратными генераторами случайных чисел (HWRNG) на основе инструкций процессора RDRAND и RDSEED. Давайте подробно рассмотрим структуру, функциональность и особенности данного компонента.

Общая характеристика модуля

Назначение: Компонент предназначен для получения высококачественной энтропии (случайных данных) непосредственно с аппаратуры компьютера, используя специализированные инструкции процессоров Intel и AMD — RDRAND и RDSEED. Эти инструкции обеспечивают генерацию высококачественных случайных чисел, используемых преимущественно в криптографических целях.

Авторские права и лицензия: Автором является Рудой Андрей Игоревич, указанный временный промежуток разработки — с 2005 по 2025 гг., что подразумевает долгосрочную разработку и сопровождение проекта.

Основные классы и исключения

Класс THardwareEntropy

Данный класс реализует основной функционал взаимодействия с аппаратурой и управления процессом генерации случайных данных.

Методы класса:

• Проверка поддержки инструкций процессора
  • CheckRDRANDSupport: проверяет наличие поддержки инструкции RDRAND.
  • CheckRDSEEDSupport: проверяет наличие поддержки инструкции RDSEED.
• Получение случайных значений
  • TryRDRAND32: попытка получить одно 32-разрядное случайное число через инструкцию RDRAND.
  • TryRDSEED32: попытка получить одно 32-разрядное случайное число через инструкцию RDSEED.
• Сбор энтропии
  • CollectRDRAND: собирает заданное количество байтов энтропии с использованием RDRAND.
  • CollectRDSEED: собирает заданное количество байтов энтропии с использованием RDSEED.
  • CollectEntropy: универсальный метод, использующий предпочтительно RDSEED, если доступно, иначе RDRAND.
• Вспомогательные методы:
  • AddToPool: добавляет собранные данные в пул энтропии.
  • GetHardwareSupport: возвращает информацию о доступности инструкций RDRAND и RDSEED.

Исключения:

• EHardwareEntropyError: специальное исключение, которое выбрасывается при ошибках аппаратного генератора энтропии (например, отсутствие поддержки инструкций процессором).

Особенности реализации

1. Использование низкоуровневых инструкций процессора:Для максимальной производительности и минимизации задержек используется прямой вызов инструкций RDRAND и RDSEED посредством встроенного ассемблерного кода.
2. Поддержка стандартов безопасности:Компонент соответствует стандартам NIST SP 800-90A/B/C, FIPS 140-2 и ANSI X9.82, что гарантирует соответствие современным требованиям к качеству и безопасности случайных чисел.
3. Исключительная надежность:Реализована система обработки ошибок и многократных попыток получения случайных данных, что обеспечивает высокую устойчивость к сбоям оборудования.
4. Универсальность и гибкость:Возможность выбора метода генерации случайных чисел позволяет адаптироваться к различным конфигурациям оборудования и потребностям приложений.

Возможные сценарии использования

Данный модуль идеально подходит для следующих областей:

• Генерация криптографических ключей и сессионных секретов.
• Создание уникальных идентификаторов и маркеров аутентификации.
• Обеспечение безопасности транзакционных систем и финансовых операций.
• Использование в системах шифрования и цифровой подписи.

Сравнение модулей HardwareEntropy и HardwareEntropyUI

Общие черты

Оба модуля:

• реализуют работу с аппаратными генераторами случайных чисел (RDRAND и RDSEED) процессоров Intel/AMD;

• поддерживают стандарты криптографической безопасности: NIST SP 800‑90A, FIPS 140‑2, ANSI X9.82, NIST SP 800‑90B/C;

• имеют идентичный базовый класс THardwareEntropy с аналогичной логикой проверки поддержки инструкций и получения случайных значений;

• выбрасывают исключение EHardwareEntropyError при ошибках;

• используют низкоуровневые ассемблерные вставки для вызова инструкций RDRAND/RDSEED (до 10 попыток на значение).

Ключевые отличия

1. Назначение и область применения

• HardwareEntropy — чистая библиотека для получения энтропии. Ориентирована на программную интеграцию без визуального интерфейса.

• HardwareEntropyUI — версия с поддержкой UI, предназначена для приложений с графическим интерфейсом (VCL), позволяет визуализировать процесс сбора энтропии.

2. Зависимости

• HardwareEntropy: System.SysUtils, System.Classes, Winapi.Windows.

• HardwareEntropyUI: дополнительно Vcl.ComCtrls (для TProgressBar).

3. Функциональные различия

• В HardwareEntropyUI добавлен метод UpdateProgress(Current, Total: Integer) для обновления индикатора прогресса.

• Методы сбора энтропии (CollectRDRAND, CollectRDSEED, CollectEntropy) в HardwareEntropyUI принимают дополнительный параметр ProgressBar: TProgressBar и отображают ход выполнения.

• В HardwareEntropyUI есть метод IsHardwareEntropyAvailable: Boolean для быстрой проверки доступности генераторов.

• В HardwareEntropy есть метод AddToPool для добавления данных в пул энтропии (в UI‑версии отсутствует).

4. Поведение при сборе энтропии

• HardwareEntropy: работает «в фоне», не информирует пользователя о прогрессе.

• HardwareEntropyUI:

  • настраивает TProgressBar (min=0, max=100);

  • обновляет позицию и подсказку (Hint) прогресс‑бара;

  • использует TThread.Synchronize для безопасного обновления UI из потока;

  • добавляет задержку Sleep(1) для визуальной плавности при малых объёмах данных.

5. Обработка ресурсов

• HardwareEntropyUI явно управляет ссылкой на ProgressBar (сохраняет в FProgressBar, сбрасывает после завершения).

• HardwareEntropy не имеет UI‑связанных полей.

Преимущества каждого модуля

HardwareEntropy:

• минималистичность и отсутствие зависимостей от VCL;

• подходит для серверных/фоновых задач, где не нужен UI;

• имеет метод AddToPool для расширения пула энтропии;

• ниже накладные расходы (нет синхронизации с UI).

HardwareEntropyUI:

• визуальная обратная связь для пользователя (прогресс‑бар);

• удобство интеграции в десктопные приложения с интерфейсом;

• метод IsHardwareEntropyAvailable для быстрой проверки доступности генераторов;

• безопасная работа с UI через TThread.Synchronize.

Эффективность

• Производительность:

  • HardwareEntropy чуть быстрее за счёт отсутствия UI‑синхронизации.

  • HardwareEntropyUI имеет накладные расходы на обновление прогресс‑бара (особенно заметно при малых объёмах данных).

• Надёжность: одинаковая, так как базовая логика получения энтропии идентична.

• Потребление памяти: практически идентично (разница только в поле FProgressBar в UI‑версии).

• Масштабируемость:

  • HardwareEntropy лучше подходит для высоконагруженных сервисов.

  • HardwareEntropyUI оптимален для интерактивных приложений, где важна наглядность.

Вывод

• Выбирайте HardwareEntropy, если нужно:

  • интегрировать генерацию энтропии в серверный код;

  • минимизировать зависимости;

  • работать с пулом энтропии через AddToPool.

• Выбирайте HardwareEntropyUI, если:

  • разрабатываете десктопное приложение с визуальным интерфейсом;

  • хотите показывать пользователю прогресс сбора энтропии;

  • нужна простая проверка доступности генераторов через IsHardwareEntropyAvailable.  

Основные отличия

Преимущества каждого модуля

HardwareEntropy:

• Минималистичный API, легко интегрируется в любые приложения.
• Оптимизирован исключительно для производительности.
• Отличается простотой реализации и минимальным количеством зависимостей.
• Удобен для серверных и консольных приложений.

HardwareEntropyUI:

• Включает удобный инструмент для отслеживания процесса сбора энтропии.
• Лучше интегрирован в Windows-приложения с графическим интерфейсом.
• Повышенная наглядность благодаря отображению прогресса.
• Подходит для клиентских приложений с пользовательским интерфейсом.

Эффективность

Обе библиотеки одинаково эффективны в плане производительности. Разница заключается лишь в предоставлении дополнительной функциональности, связанной с отображением прогресса.

Однако использование HardwareEntropyUI рекомендуется, если вам необходим визуальный контроль над процессом сбора энтропии, особенно в приложениях с графическим интерфейсом. В противном случае HardwareEntropy является оптимальным выбором для большинства ситуаций.