Losowość generatora TRNG zaimplementowanego w FPGA

• Autorzy: Jessa M. , Matuszewski Ł. , Jaworski M.

Warianty tytułu

EN

Randomness of TRNG implemented in FPGA

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Random Number Generator) zbudowanego z wielu niezależnych generatorów pierścieniowych zaimplementowanych w tym samym układzie FPGA. Wykorzystując nową metodę odróżniania losowości od pseudolosowości wykazano, że zmniejszenie częstotliwości próbkowania wyjścia generatora pierścieniowego może zwiększyć losowość ciągu wytwarzanego przez generator TRNG. Otrzymany wynik oznacza, że generator może dostarczyć ciągów losowych użytecznych w kryptografii z większą szybkością od tej obserwowanej dla większej częstotliwości próbkującej.

EN

One of the simplest sources of purely digital true random bit sequences is the ring oscillator with output sampled by a signal coming from a low-frequency quartz oscillator. Combining XOR bit streams produced by many such generators (see Fig. 1) can significantly improve the statistical properties of the output sequence. As it is shown in the literature, this statement is true for deterministic and non-deterministic sources of random numbers. In cryptography, a user needs sequences with very good statistical properties but originating from a non-deterministic system. Therefore a method for distinguishing pseudo and true randomness for sequences produced by a combined true random number generator (TRNG) is necessary. In this paper the authors show that even a small amount of true randomness, present in a single ring oscillator, accumulates as a function of the number of ring oscillators used to produce the output stream. There is experimentally proved that in a real field programmable gate array (FPGA), the amount of randomness offered by the generator of Fig. 2 can be greater for smaller sampling frequency. Fig. 3 illustrates the behaviour of parameter mmin introduced in [6] as a function of the number K of source generators for four sampling frequencies fL: 100 MHz, 150 MHz, 200 MHz, and 250 MHz. The basic result of this paper is the statement that the efficient bit rate of streams useful for cryptography can be greater for smaller sampling frequencies than that observed for greater sampling frequencies.

Słowa kluczowe

PL

generator losowy; generator pierścieniowy; losowość i pseudolosowość

EN

random number generator; ring oscillator; randomness and pseudo-randomness; cryptography

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 57, nr 8
• Strony: 880--882
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys., wykr., wzory

Twórcy

autor

Jessa M.

autor

Matuszewski Ł.

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] Wold K. and Tan C.: Analysis and enhancement of random number generator in FPGA based on oscillator rings, Proc. of ReConFig 2008, 3-5 Dec, 2008, pp, 385-390.
• [3] 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.
• [4] Wold K. and Petrović S.: Optimizing speed of a true random number generator in FPGA by spectral analysis, “Proc. of Fourth International Conference on Computer Sciences and Convergence Information Technology”, ICCIT’09, 24-26 Nov., 2009, pp. 1105-1110.
• [5] Bochard N., Bernard F. and Fischer V.: Observing the randomness in RO-based TRNG, Proc. of ReConFig 2009, 9-11 Dec, 2009, pp, 237-242.
• [6] Jessa M., Jaworski M.: Randomness of a combined TRNG based on the ring oscillator sampling method, Proceedings of International Conference on Signals and Electronic Systems, ICSES’10, Sept. 7-10, 2010, pp. 323-326.
• [7] Jessa M., Jaworski M.: Losowość generatora łączonego TRNG wykorzystującego metodę z próbkowaniem wyjścia generatora pierścieniowego, Elektronika, vol. LI nr 12/2010, s. 47-50.
• [8] http://www,xilinx,com/support/documentation/virtex-5,htm.