一种基于亚稳态的真随机数发生器
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作者:
作者单位:

(1.杭州电子科技大学, 杭州 310018;2.杭州华澜微科技有限公司, 杭州 311215

作者简介:

樊凌雁(1979-),女(汉族),甘肃景泰人,副研究员,研究方向为固态存储。一种基于亚稳态的真随机数发生器樊凌雁1, 朱亮亮1, 骆建军1, 方立春1, 刘海銮2(1.杭州电子科技大学, 杭州 310018; 2.杭州华澜微科技有限公司, 杭州 311215摘 要: 设计实现了一种64位输出的真随机数发生器。在传统Fibonacci环形振荡器和Galois环形振荡器的基础上,通过控制电路使环形振荡器的输出在亚稳态与稳态之间不断切换,为生成的随机序列引入真随机性。通过加入后处理模块,提高随机序列的质量和增加每比特的熵,并利用DES算法实现随机序列的重新组合。利用FPGA进行实验验证后,最终集成在一个加密USB盘控制器芯片内,产生的随机序列通过了NIST SP800-22标准检测。采用110 nm CMOS工艺,该芯片实现了批量生产。 关键词: 真随机数发生器; Fibonacci环形振荡器; Galois环形振荡器; 亚稳态 中图分类号:TN791文献标识码:A

通讯作者:

中图分类号:

TN791

基金项目:

浙江省固态存储和数据安全关键技术重点科技重新团队项目(2013TD03);浙江省固态硬盘和数据安全技术重点实验室(2015E10003)


A True Random Number Generator Based on Metastable State
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(1. Hangzhou Dianzi University, Hangzhou 310018, P. R. China;2. Hangzhou Sage Microelectronics Corporation, Hangzhou 311215, P. R. China

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    设计实现了一种64位输出的真随机数发生器。在传统Fibonacci环形振荡器和Galois环形振荡器的基础上,通过控制电路使环形振荡器的输出在亚稳态与稳态之间不断切换,为生成的随机序列引入真随机性。通过加入后处理模块,提高随机序列的质量和增加每比特的熵,并利用DES算法实现随机序列的重新组合。利用FPGA进行实验验证后,最终集成在一个加密USB盘控制器芯片内,产生的随机序列通过了NIST SP800-22标准检测。采用110 nm CMOS工艺,该芯片实现了批量生产。

    Abstract:

    A true random number generator (TRNG) with 64 bit digital output was designed. This TRNG was built with the combination of a traditional Fibonacci ring oscillator and a Galois ring oscillator. By switching between the meta-stable state and the steady state, the true randomness was generated in the output bit steam. A post-processing module with DES algorithm was designed to increase the entropy of each bit, and make bit ‘0’ and bit ‘1’ distributed evenly. After FPGA verification, this TRNG was finally integrated into an USB disk controller chip with encryption/decryption functions by 110 nm CMOS process. The generated random sequence was tested under NIST SP800-22 standard. This silicon-proven chip was in mass-production status.

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  • 收稿日期:2016-10-09
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  • 在线发布日期: 2018-03-08
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