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应用于网络安全协处理器的真随机数产生器

计算机工程 2009年第10期35卷 229-231页

作者：张晓峰白国强陈弘毅清华大学微电子学研究所北京100084

介绍一款基于环形振荡器的真随机数产生器。电路使用固定频率时钟采样可控频率振荡器的输出,使用级间反馈随机改变可控频率振荡器的振荡频率。设计启动电路来保证环形振荡器快速起振,在使能信号无效时断开振荡电路以节省功耗。电路采用C... 详细信息

介绍一款基于环形振荡器的真随机数产生器。电路使用固定频率时钟采样可控频率振荡器的输出,使用级间反馈随机改变可控频率振荡器的振荡频率。设计启动电路来保证环形振荡器快速起振,在使能信号无效时断开振荡电路以节省功耗。电路采用CMOS0.18μm标准工艺实现,使用Hspice_RF仿真环形振荡电路的相位抖动以获得最优设计参数。仿真结果表明,电路在输出速率为1Gb/s时产生的随机序列具有良好的随机性,该设计可用于网络安全协处理器中。

关键词：网络安全协处理器真随机数产生器环形振荡器启动电路

基于电阻热噪声与振荡器的真随机数产生器设计

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基于电阻热噪声与振荡器的真随机数产生器设计

作者：魏毅哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着电子与通信技术的发展,信息安全变得越来越重要,而密码学是保障信息安全的最好方式,也是唯一途径。在密码学应用中,无论是密码算法中密钥的产生还是密码协议中特定变量的随机初始化,都需要用到随机数。为了满足安全性这一最根本的要... 详细信息

随着电子与通信技术的发展,信息安全变得越来越重要,而密码学是保障信息安全的最好方式,也是唯一途径。在密码学应用中,无论是密码算法中密钥的产生还是密码协议中特定变量的随机初始化,都需要用到随机数。为了满足安全性这一最根本的要求,必须采用完全不可预测的真随机数,它有别于伪随机数的根本特点就是没有周期性。本文首先介绍了随机数的定义和应用场合,并分析了目前常见的三种片上真随机数产生器的产生方式:基于电阻热噪声的真随机数产生器、基于振荡器的真随机数产生器和基于混沌的真随机数产生器。其中,基于混沌的真随机数产生器因其利用混沌函数生成随机序列而受到密码学家的质疑。因此,本文将设计适于片上集成的基于电阻热噪声的真随机数产生器和基于振荡器的真随机数产生器。本文所设计的基于电阻热噪声的真随机数产生器包含优化设计的低噪声运算放大器、比较器和失调补偿电路,与传统结构相比可以获得更好的随机特性。本文所设计的基于振荡器的真随机数产生器包含带隙、三角波振荡器(包括电荷泵、跨导放大器、两级运算放大器和施密特触发器)和D触发器,该结构可以保证获得较大的周期抖动。上述两种真随机数产生器均采用HJTC-0.18μm工艺设计并完成了模拟电路的版图设计。最后,分别对基于电阻热噪声的真随机数产生器和基于振荡器的真随机数产生器进行了仿真测试,并在此过程中提出了电阻热噪声的时域仿真方法和周期抖动的测试方法。仿真结果表明,基于电阻热噪声的真随机数产生器在输出吞吐率为10Mbit/s的时候可以顺利通过随机特性测试;基于振荡器的真随机数产生器在输出吞吐率接近10Mbit/s的时候,也满足随机特性的要求。

关键词：真随机数产生器噪声失调补偿周期抖动振荡器

一种应用于智能卡的真随机数产生器的研究与设计

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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科技信息 2013年第5期 100-101页

作者：童成盛郎伟万培元常云峰金银姬林平分北京工业大学北京市嵌入式系统重点实验室中国北京100124

本文论述了一种应用于智能卡上的片上真随机数产生器。此真随机数产生器包含两个完全相同的振荡器,用其中一个振荡器对另外一个进行采样,利用振荡器采样过程中抖动导致的不确定性来产生随机源。针对非接触智能卡的特殊要求,电路设计中... 详细信息

本文论述了一种应用于智能卡上的片上真随机数产生器。此真随机数产生器包含两个完全相同的振荡器,用其中一个振荡器对另外一个进行采样,利用振荡器采样过程中抖动导致的不确定性来产生随机源。针对非接触智能卡的特殊要求,电路设计中采用了低功耗和抗电源扰动设计。测试结果表明:真随机数产生器在速率达到1MS/s的情况下,通过了所有的真随机数标准统计NIST测试。该真随机数产生器采用SMIC 0.18μm CMOS 2P4M工艺实现,在1.8V标准供电下的功耗是0.028mW,芯片的面积为0.003mm2。

关键词：真随机数产生器智能卡低功耗

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一种低功耗高噪声源真随机数设计

电子与信息学报 2020年第10期42卷 2566-2572页

作者：魏子魁胡毅金鑫李振国冯文楠冯曦唐晓柯北京智芯微电子科技有限公司国家电网公司重点实验室电力芯片设计分析实验室北京100192 北京智芯微电子科技有限公司北京市电力高可靠性集成电路设计工程技术研究中心北京100192

通过对一种低功耗高噪声源真随机数发生器(TRNG)的研究,设计了一种新型的低频时钟电路,可以把电阻热噪声放大100倍以上,从而减少低频时钟电路的带宽和电阻值,使电路的面积和功耗减少,并且使低频时钟的jitter到达58.2 ns。电路采用SMIC 4... 详细信息

通过对一种低功耗高噪声源真随机数发生器(TRNG)的研究,设计了一种新型的低频时钟电路,可以把电阻热噪声放大100倍以上,从而减少低频时钟电路的带宽和电阻值,使电路的面积和功耗减少,并且使低频时钟的jitter到达58.2 ns。电路采用SMIC 40 nm CMOS工艺设计,完成了流片和测试,真随机数产生器输出速度范围为1.38~3.33 Mbit/s,电路整体功耗为0.11 mW,面积为0.00789 mm2。随机数输出满足AIS31真随机数熵源测试要求,并且通过了国密2安全测试。

关键词：真随机数产生器电阻热噪声低频时钟jitter 低功耗

基于FPGA的SDD探测器随机信号模拟发生器

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核技术 2020年第8期43卷 80-85页

作者：虞年徐玉朋霍嘉陈勇崔苇苇李炜张子良韩大炜王于仨陈灿祝宇轩赵晓帆中国科学院高能物理研究所粒子天体物理中心北京100049 中国科学院大学物理科学学院北京100049 吉林大学物理学院长春130012

设计了一款硅漂移探测器(Silicon Drift Detector,SDD)信号模拟器用于测试SDD读出电子学的性能。该信号模拟器采用现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)作为核心器件,利用其丰富的可编程逻辑资源产生多组振荡环,将其... 详细信息

设计了一款硅漂移探测器(Silicon Drift Detector,SDD)信号模拟器用于测试SDD读出电子学的性能。该信号模拟器采用现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)作为核心器件,利用其丰富的可编程逻辑资源产生多组振荡环,将其输出相异或生成均匀分布的真随机数。首先通过伯努利试验将均匀分布的随机数转化为时间间隔服从指数分布的脉冲序列,然后对随机数进行了美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standards and Technology,NIST)随机性测试,最后测试了信号模拟器输出脉冲的时间间隔和计数率特性,结果表明:SDD信号模拟器的输出脉冲时间间隔服从指数分布、输出计数率范围为1.6~813.8 ks^-1、输出脉冲的电压范围为2.5~50 mV、脉冲最小时间间隔为9.6 ns,并且可长时间稳定工作。

关键词：硅漂移探测器信号模拟器真随机数产生器指数分布现场可编程门阵列

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一种基于热噪声振荡器的高速真随机数设计

电子技术应用 2018年第10期44卷 29-31,36页

作者：魏子魁符令王雪何洋金鑫谭浪胡毅唐晓柯张海峰赵东艳北京智芯微电子科技有限公司国家电网公司重点实验室电力芯片设计分析实验室北京100192 北京智芯微电子科技有限公司北京市电力高可靠性集成电路设计工程技术研究中心北京100192 国网辽宁电力有限公司信息通信分公司辽宁沈阳110006

分析和设计了一种基于振荡器的真随机数发生器,电阻热噪声作低频时钟的噪声源。利用两个独立工作的高、低频振荡器之间的相对关系采样噪声源,用带有抖动的低频振荡器通过D触发器采样有固定周期的高频振荡器,产生随机数序列。电路采用SMI... 详细信息

分析和设计了一种基于振荡器的真随机数发生器,电阻热噪声作低频时钟的噪声源。利用两个独立工作的高、低频振荡器之间的相对关系采样噪声源,用带有抖动的低频振荡器通过D触发器采样有固定周期的高频振荡器,产生随机数序列。电路采用SMIC 28 nm CMOS工艺设计,完成了版图设计和流片,仿真结果表明,基于热噪声的真随机数产生器输出吞吐率范围为1.8~12 Mb/s,随机数输出满足AIS31真随机数熵源测试要求,电路整体功耗为0.388 mW。

关键词：真随机数产生器热噪声振荡器随机抖动功耗