基于可配置异步反馈环形振荡器的真随机数发生器
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TN47

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青年教师科研创新启动专项A项目(JZ2022HGQA0233)、国家自然科学基金重大科研仪器研制项目(62027815)资助


True random number generator based on configurable asynchronous feedback ring oscillator generator
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    摘要:

    作为现代加密系统不可或缺的一部分,真随机数发生器(TRNG)在信息安全中具有非常重要的作用。 本文提出了一种 可配置、轻量级、高吞吐量的真随机数发生器。 该结构利用与非门和异或门构成了可配置的异步反馈环形振荡器,通过在短时 间内增加相位噪声,来扩大时间抖动范围,从而改善了熵源的随机性。 该结构在 Xilinx Kintex-7 进行了多次测试验证,实验结果 表明,在不同温度(0℃ ~ 80℃ )和不同输出电压(0. 8~ 1. 2 V)的环境变化下,所提出的 TRNG 具有较强的鲁棒性,在硬件资源上 仅消耗了 43 个 LUTs 和 6 个 DFFs,并且获得高达 300 Mb / s 的吞吐量。 同时,生成的随机比特流能够以较高的 P 值通过 NIST SP800-22 和 NIST SP800-90B 测试。

    Abstract:

    As an indispensable part of modern encryption system, true random number generator (TRNG) plays a very important role in information security. A configurable, lightweight and high throughput true random number generator is presented. The structure uses NAND gates and XOR gates to form a configurable asynchronous feedback ring oscillator. By increasing the phase noise in a short time, the time jitter range is expanded, so as to improve the randomness of entropy source. The structure is tested and verified on Xilinx Kintex-7 for many times. The experimental results show that the proposed TRNG has strong robustness under the environmental changes of different temperatures (0 ℃ ~ 80 ℃ ) and different output voltages ( 0. 8 ~ 1. 2 V), and only consumes 43 LUTS and 6 DFFs in hardware resources, and obtains a throughput of up to 300 Mb / s. At the same time, the generated random bit stream can pass the NIST SP800-22 and NIST SP800-90B tests with high P values.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

鲁迎春,韩 倩,刘新颖,姚 亮.基于可配置异步反馈环形振荡器的真随机数发生器[J].电子测量与仪器学报,2022,36(11):126-133

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  • 在线发布日期: 2023-03-29
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