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基于多级反馈环形振荡器的真随机数发生器设计
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2023-09-14
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真随机数生成器(trng)在加密系统中起着重要的作用。本文提出了一种在现场可编程门阵 列(FPGA)上生成真随机数的新方法，该方法以 多级反馈环形振荡器(MSFRO) 的随机抖动 为熵源。在传统环形振荡器的基础上，增加了多级反馈结构，扩大了时钟抖动的范围，提 高了时钟采样频率和熵源的随机性。与传统的时钟采样结构不同，我们利用 MSFRO 产生 的时钟抖动信号对 FPGA 的锁相环(PLL)产生的时钟信号进行采样。对得到的输出值进行异 或运算，以减小输出值的偏差，提高其随机性。TRNG 在 Xilinx Virtex-6 FPGA 中实现， 硬件资源消耗低，吞吐量高。将熵源分类、硬件资源和吞吐量与现有 trng 进行了比较。结 果表明，拟合成的 TRNG 只消耗 24 个 lut 和 2 个 DFFs。与其他 trng 相比，该设计硬件 资源消耗非常低，吞吐量可达 290 Mbps。此 TRNG 生成的随机位序列通过 NIST SP800- 22 测试和 NIST SP80090B 测试。
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