基于亚稳态叠加单元的高吞吐量真随机数发生器设计

作     者：倪天明 俞俊勇 彭青松 聂牧 NI Tianming;YU Junyong;PENG Qingsong;NIE Mu

作者机构：安徽工程大学集成电路学院芜湖241000 安徽省车载显示集成系统工程研究中心芜湖241000 触控显示材料与器件安徽省联合共建学科重点实验室芜湖241000 合肥工业大学微电子学院合肥230000 

出 版 物：《电子与信息学报》 (Journal of Electronics & Information Technology)

年 卷 期：2024年第46卷第5期

页      面：2289-2297页

核心收录：

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 080701[工学-工程热物理] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0714[理学-统计学（可授理学、经济学学位）] 0701[理学-数学] 

基　　金：国家自然科学基金(62174001,62274052,61974001,62311540021) 安徽省自然科学基金(2208085J02) 安徽省重点研发(202104b11020032) 安徽省高校优秀科研创新团队(2022AH010059) 安徽省教育厅杰出青年学者基金(2022AH020014) 

主　　题：真随机数发生器 熵源叠加 亚稳态 吞吐量 

摘      要：真随机数发生器(TRNG)作为一类重要的硬件安全原语,在密钥生成、初始化向量和协议中的身份认证等加密领域得到应用。为设计出高吞吐量的轻量级TRNG,该文研究了利用多路选择器(MUX)和异或门(XOR gate)的开关特性来产生亚稳态的方法,提出一种基于亚稳态叠加单元(MS-cell)的TRNG(MS-TRNG)设计。它将MUX和异或门触发的亚稳态进行叠加,从而提高TRNG的熵。所提TRNG分别在Xilinx Virtex-7和Xilinx Artix-7 FPGA开发板中实现,无需后处理电路。与其他先进的TRNG相比,所提TRNG具有最高的吞吐量和极低的硬件开销,并且它所生成的随机序列通过了NIST测试和一系列性能测试。