Návrh generátorů pravých náhodných čísel vhodných pro integrované obvody

Abstract

Tato doktorská práce se zabývá návrhem generátorů pravých náhodných čísel (TRNG) vhodných pro integrované obvody (IC). Tato zařízení využívají náhodnost fyzikálních jevů, v tomto případě šumů v polovodičových strukturách. Prvním návrhem je TRNG s časově multiplexovanými metastabilními zdroji náhodnosti využívající tzv. princip řetězení. Digitalizované náhodné signály produkované zdrojem náhodnosti jsou prokládány v časovém multiplexoru, který umožňuje zvýšení výstupní datové rychlosti. Tento TRNG byl vyroben ve 130nm CMOS technologii nazvané HCMOS9GP od společnosti STMicroelectronics na ploše 0,029 mm2 a je schopen pracovat v proměnných podmínkách. Sekvence náhodných bitů mohou být generovány až do datové rychlosti 20 Mb/s bez použití opravných mechanizmů při výkonové spotřebě 72,48 uW a teplotě 25 °C.This doctoral thesis deals with the design of true random number generators (TRNGs) suitable for integrated circuits (ICs). These devices exploit randomness of physical phenomena, in this case, noises in semiconductors structures. The first proposal is a TRNG with time multiplexed metastability-based sources of randomness using the principle of pipelining. Digitized random signals coming from sources of randomness are interleaved in a time multiplexer, which allows increasing output data rate. This TRNG has been fabricated in a 130 nm HCMOS9GP bulk CMOS technology from STMicroelectronics, occupies an area of 0.029 mm2, and can operate in changing environmental conditions. Random bit sequences can be generated up to the data rate of 20 Mb/s without any corrective mechanisms while its power consumption is 72.48 uW at temperature of 25 °C.