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Publicação
CMOS TRNGs based in CMOS Oscillators
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 4.59 MB | Adobe PDF |
Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
Cryptography, the science of secure communication, plays an essential role in safeguarding
sensitive information, preserving privacy, and ensuring the integrity of digital communications.
Among the various cryptographic components, Random Number Generators (RNGs) are es-
sential to maintain the robustness of a cryptographic system. They generate unpredictable and
uniformly distributed random values, that are essential for generating cryptographic keys.
There are two kinds of random number generators, the True Random Number Generators
(TRNGs) and the Pseudo Random Number Generators (PRNGs).
PRNGs use an initial seed to produce random numbers using a deterministic algorithm,
meaning that if an opponent finds the initial seed it can easily reproduce the cryptographic key
and compromise the security of that confidential information.
TRNGs generate random numbers through unpredictable physical processes, ensuring
genuine randomness for cryptographic applications, increasing the security. This solves the
problem of PRNGs previously mentioned.
The objective of this work is to develop a TRNG that uses jitter created by a ring oscil-
lator, as the source of randomness, using a 130-nanometer semiconductor process.
Compared with the current state-of-the-art TRNGs, the proposed TRNG showed better
or comparable results in throughput, achieving a rate of 52.3Mb/s, occupied a mere 3854 μ𝑚2
in terms of area, demonstrated resilience against temperature and supply voltage fluctuations.
These characteristics were achieved by the multiple current starved ring oscillators that can
provide 500 ps of jitter. Nonetheless, its performance in power efficiency was disappointing,
consuming 1.029mW.
A criptografia, a ciência da comunicação segura, desempenha um papel essencial na proteção de informações sensíveis, na preservação da privacidade e na garantia da integridade das co- municações digitais. Entre os vários componentes criptográficos, os Geradores de Números Aleatórios (RNGs em inglês) são essenciais para manter a robustez de um sistema criptográfico. Eles geram valores aleatórios imprevisíveis e uniformemente distribuídos, essenciais para gerar chaves criptográficas. Existem dois tipos de geradores de números aleatórios: o Gerador de Números Verdadeiramente Aleatórios (TRNG em inglês) e o Gerador de Números Pseudoale- atórios (PRNG em inglês). Os PRNGs usam uma semente inicial para produzir números aleatórios usando um al- goritmo determinístico, o que significa que se um oponente encontrar a semente inicial, ele pode facilmente reproduzir a chave criptográfica e comprometer a segurança das informações confidenciais. Os TRNGs geram números aleatórios através de processos físicos imprevisíveis, garan- tindo uma aleatoriedade genuína para aplicações criptográficas, aumentando a segurança. Isso resolve o problema dos PRNGs mencionado anteriormente. O objetivo deste trabalho é desenvolver um TRNG que utiliza o jitter criado por um oscilador de anel, como fonte de aleatoriedade, utilizando uma tecnologia de 130 nanômetros. Em comparação com os TRNGs atuais de última geração, o TRNG proposto mostrou potencial em termos de taxa de transferência, atingindo uma velocidade de 52,3Mb/s, ocu- pando apenas 3854 𝜇𝑚2 de área, demonstrando resistência a variações de temperatura e ten- são de alimentação. Foi obtido estas características graças ao oscilador em anel de corrente limitada, que consegue fornecer 500 ps de jitter. No entanto, apresentou resultados insatisfa- tórios no que diz respeito ao consumo de energia, consumindo 1.029 mW.
A criptografia, a ciência da comunicação segura, desempenha um papel essencial na proteção de informações sensíveis, na preservação da privacidade e na garantia da integridade das co- municações digitais. Entre os vários componentes criptográficos, os Geradores de Números Aleatórios (RNGs em inglês) são essenciais para manter a robustez de um sistema criptográfico. Eles geram valores aleatórios imprevisíveis e uniformemente distribuídos, essenciais para gerar chaves criptográficas. Existem dois tipos de geradores de números aleatórios: o Gerador de Números Verdadeiramente Aleatórios (TRNG em inglês) e o Gerador de Números Pseudoale- atórios (PRNG em inglês). Os PRNGs usam uma semente inicial para produzir números aleatórios usando um al- goritmo determinístico, o que significa que se um oponente encontrar a semente inicial, ele pode facilmente reproduzir a chave criptográfica e comprometer a segurança das informações confidenciais. Os TRNGs geram números aleatórios através de processos físicos imprevisíveis, garan- tindo uma aleatoriedade genuína para aplicações criptográficas, aumentando a segurança. Isso resolve o problema dos PRNGs mencionado anteriormente. O objetivo deste trabalho é desenvolver um TRNG que utiliza o jitter criado por um oscilador de anel, como fonte de aleatoriedade, utilizando uma tecnologia de 130 nanômetros. Em comparação com os TRNGs atuais de última geração, o TRNG proposto mostrou potencial em termos de taxa de transferência, atingindo uma velocidade de 52,3Mb/s, ocu- pando apenas 3854 𝜇𝑚2 de área, demonstrando resistência a variações de temperatura e ten- são de alimentação. Foi obtido estas características graças ao oscilador em anel de corrente limitada, que consegue fornecer 500 ps de jitter. No entanto, apresentou resultados insatisfa- tórios no que diz respeito ao consumo de energia, consumindo 1.029 mW.
Descrição
Palavras-chave
Cryptography Entropy Ring Oscillator Digital System TRNG