2、物理随机数生成器ASIC实现评估

物理随机数生成器ASIC实现评估

1. 引言

物理随机数生成器（PTRNG）在密码学、安全通信等领域有着重要应用。本文主要介绍了基于RS锁存器的两种PTRNG在ASIC上的实现，并对其在不同温度和电压波动下的鲁棒性进行了评估。

2. PTRNG电路规模

PTRNG由RS锁存器和1位触发器组成，用于临时存储随机数。该电路使用Design Compiler 2003.03进行综合，电路规模为984.3门。这一规模小于著名的超轻量级密码算法PRESENT的实现，也小于智能卡中广泛使用的Triple DES的电路规模，成功在ASIC上实现了超小电路规模的PTRNG。

3. 评估系统

评估系统由两块电路板组成：
- 一块定制板，用于放置PTRNG的ASIC。
- 一块Spartan - 3E入门套件板，带有Xilinx FPGA，用于控制PTRNG。

核心电压通过稳压电源提供，可按0.01V的间隔调整。时钟信号通过FPGA板输入到PTRNG。PTRNG生成的随机数通过FPGA的块RAM写入微型SD卡，同时还获取每个锁存器的输出用于进一步评估。

在评估过程中，改变温度和电压来评估39个PTRNG生成的随机数：
- 电压设置为1.65V（1.80V - 10%）、1.80V（标准）和1.95V（1.80V + 10%）。
- 温度保持在 - 20°C、27°C和60°C，仅将PTRNG的定制板放入恒温箱，FPGA板始终在额定电压和室温下运行，两块板通过耐高低温电缆连接。

评估系统流程如下：