Generacja binarnych ciągów losowych w układzie Virtex-5

• Autorzy: Jessa M. , Jaworski M.

Warianty tytułu

EN

Generation of binary random sequences in Virtex-5

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań generatora losowego łączonego, zbudowanego z generatorów wykorzystujących generatory pierścieniowe. Wykazano, że po zaimplementowaniu generatora w układzie Virtex-5 ciągi wyjściowe spełniają wszystkie testy statystyczne z pakietu NIST 800-22. Rozważono trzy sposoby realizacji opóźnienia występującego w generatorze pierścieniowym: w postaci kaskady negatorów, kaskady przerzutników oraz za pomocą linii opóźniającej wbudowanej w układ Virtex-5. Przedstawiono ograniczenia wykorzystania proponowanego generatora w kryptografii.

EN

One of the simplest sources of purely digital true random bit sequences is a ring oscillator with output sampled by a signal from the low-frequency quartz oscillator (Fig. 1). The frequency fH is normally at least several times greater than the frequency fL. The same idea was used in the experiment conducted but there was assumed that the ring oscillators had frequencies , close to fL but not smaller than fL. The signal of frequency fL, common for all source generators, was produced by the quartz oscillator built into evaluation board ML505 containing Virtex-5 (Fig. 2). There was assumed that . The frequencies satisfy the condition . Generators that failed to satisfy this condition were reconstructed to meet this requirement, e.g., by changing the location of elements in the FPGA structure. Tables 1, 3, and 5 lists the results of NIST statistical testing for the realised generator composed of 40 source generators. The all tests were satisfactory independently of the hardware solution of the delay ?. In experiments there were considered three constructions for ?: a chain of inverters, a chain of latches and the delay line built into Virtex-5. The practical RNG demonstrates that the idea of combining modulo 2 of a finite number of source streams can be used to construct entirely digital, high-speed RNGs that pass all NIST statistical tests. The application of this type of generator to cryptography, considered in the last paragraph of this paper, although possible, requires further research.

Słowa kluczowe

PL

generator losowy; generator pierścieniowy; generator łączony; testy statystyczne; kryptografia

EN

random number generator; ring oscillator; combined generator; statistical tests

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2010
• Tom: R. 56, nr 7
• Strony: 681--684
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., rys., tab., wzory

Twórcy

autor

Jessa M.

autor

Jaworski M.

• Politechnika Poznańska, Wydział elektroniki i telekomunikacji, ul. Polanka 3, 60-965 Poznań,

Bibliografia

• [1] Bucci M. and Luzzi R.: “Fully digital random bit generators for cryptographic applications,” IEEE Trans. Circuits and Syst. I, Regular Papers., vol. 55, pp. 861-875, April 2008.
• [2] Dichtl M. and Golić J. D.: „High speed true random number generation with logic gates only, CHES 2007, Lecture Notes in Computer Science, LNCS 4727, pp. 45-62, 2007.
• [3] Wold K. and Tan C. H.: “Analysis and enhacement of random number generator in FPGA based on oscillator rings,” Proc. of ReConFig 2008, 3-5 Dec. 2008, pp. 385-390.
• [4] Rukhin A., Soto J., Nechvatal J., Smid M., Barker E., Leigh S., Levenson M., Vangel M., Banks D., Heckert A., Dray J., Vo S.: A statistical test suite for random and pseudorandom number generators for cryptographic applications, NIST special publication 800-22, National Institute of Standards and Technology, 2001, USA, Available at: http://csrc.nist.gov/rng/
• [5] http://www.xilinx.com/support/documentation/virtex-5.htm
• [6] Bochard N., Bernard F. and Fischer V.: „Observing the ran-domness in RO-based TRNG,“ Proc. of ReConFig 2009, 9-11 Dec. 2009, pp. 237-242.