A digital true random number generator implemented in different Xilinx FPGAs

• Autorzy: Matuszewski Ł. , Jessa M.

Warianty tytułu

PL

Cyfrowy generator ciągów losowych zaimplementowany w układach FPGA firmy Xilinx

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In cryptography we often require sequences of numbers with unpredictable elements. Such sequences cannot be produced by purely deterministic systems. A novel method for producing true randomness and increasing the randomness of a combined TRNG using ring oscillators is described. In this paper we show that the proposed method provides similar results for generators implemented using different technologies offered by Xilinx. Thus, the proposed generator can be implemented in different FPGAs with other elements of a cryptographic system.

PL

W kryptografii często wymaga się ciągów liczb złożonych z nieprzewidywalnych elementów. Takie sekwencje nie mogą być wytwarzane w systemach czysto deterministycznych. Inżynierowie muszą opracować źródła losowości, których właściwości muszą być ocenione i potwierdzone przez niezależne badania, przynajmniej doświadczalnie. W artykule pokazano, że proponowana metoda wytwarzania losowości jest stabilna pod względem technologicznym. Uzyskano bardzo zbliżone rezultaty dla generatorów losowych zrealizowanych w strukturach FPGA (Field Programmable Gate Array) wykonanych w różnych technologiach jakie oferuje firma Xilinx. W żadnym przypadku nie korzystano z manualnego rozmieszczania elementów w matrycy FPGA, aby uzyskać lepsze rezultaty. Położenie poszczególnych składników zależało tylko od oprogramowania dostarczanego przez producenta. Zatem proponowany generator może być implementowany w różnych układach FPGA razem z innymi elementami systemu kryptograficznego.

Słowa kluczowe

EN

true random number generator; ring oscillator; auxiliary source of randomness; cryptography; field programmable gate array (FPGA)

PL

układy FPGA; generator losowy; oscylator pierścieniowy; kryptografia

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 59, nr 8
• Strony: 742--744
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab., wzory

Twórcy

autor

Matuszewski Ł.

• Politechnika Poznańska, Wydział Elektroniki i Telekomunikacji, ul. Polanka 3, 60-965 Poznań

autor

Jessa M.

• Politechnika Poznańska, Wydział Elektroniki i Telekomunikacji, ul. Polanka 3, 60-965 Poznań

Bibliografia

• [1] Sunar B., Martin W. J. and Stinson D. R.: A provably secure true random number generator with built-in tolerance to active attacks, IEEE Trans., Comput., vol. 56, pp. 109-119, Jan. 2007.
• [2] Wold K. and Tan C. H.: Analysis and enhancement of random number generator in FPGA based on oscillator rings, Proc. of ReConFig 2008, Cancun, 2008, pp. 385-390.
• [3] 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.
• [4] Baudet M., Lubicz D., Micolod J. and Tassiaux A.: On the security of oscillator-based random number generators, J. Cryptology, vol. 24, pp. 398-425, 2011.
• [5] Jessa M., Jaworski M.: Generacja binarnych ciągów losowych w układzie Virtex-5, Pomiary, Automatyka Kontrola, vol. 56, No. 7, pp. 681-684, 2010.
• [6] Jessa M., Jaworski M.: Randomness of a combined TRNG based on the ring oscillator sampling method, Proc. of International Conference on Signals and Electronic Systems, ICSES’10, Sept. 2010, pp. 323-326.
• [7] Jessa M., Matuszewski L.: Losowość generatora TRNG zaimplemen-towanego w FPGA, Pomiary, Automatyka Kontrola, vol. 57, No. 8, pp. 880-883, 2011.
• [8] Jessa M., Matuszewski L.: Enhancing the Randomness of a Combined True Random Number Generator Based on the Ring Oscillator Sampling Method, Proc. of International Conference on ReConFigurable Computing and FPGAs, ReConFig’2011, Nov. 30 – Dec. 2, 2011, pp. 274-279.
• [9] 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.
• [10] Golić J. D.: New methods for digital generation and postprocessing of random data, IEEE Trans., Comput., vol. 55, pp. 1217-1229, Oct. 2006.
• [11] Dichtl M. and Golić J. D.: High speed true random number generation with logic gates only, Proc. Workshop Cryptograph. Hardware Embed. Syst. CHES’2007, LNCS 4727, pp. 45-62, 2007.
• [12] 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/.
• [13] www.xilinx.com