Evaluación de la distribución de bits de TRNG mediante sincronización de fuentes de entropía estables en FPGA

Área de la Ciencia:

• Seguridad de Hardware
• Generación de Números Aleatorios
• Diseño de Circuitos Digitales

Sus antecedentes:

• Las señales de entrada inestables a las puertas XOR en los generadores de números aleatorios (RNG) basados en osciladores de anillo (RO) pueden provocar distribuciones de bits sesgadas.
• Investigaciones anteriores destacaron el impacto de la inestabilidad de la señal en la aleatoriedad de las secuencias generadas.

Objetivo del estudio:

• Investigar la correlación entre el número de flip-flops de retardo (D-FF) y la distribución de bits de secuencias de números aleatorios de RNG basados en RO.
• Analizar el efecto de la combinación de señales sesgadas y metaestables a través de puertas XOR en la distribución de bits general.
• Evaluar la eficacia de los D-FF múltiples como circuitos de sincronización para señales RO en RNG.

Principales métodos:

• Se simuló el impacto de la combinación de señales con diversas distribuciones (incluidos estados metaestables) a través de puertas XOR.
• Se propuso y analizó el uso de múltiples D-FF como circuitos de sincronización para señales RO.
• Se estimaron las condiciones de salida metaestables y se realizaron pruebas NIST SP 800-22 en implementaciones de RNG basadas en RO.

Principales resultados:

• La combinación de señales con distribuciones sesgadas a través de puertas XOR afecta la distribución de bits general.
• Se simuló la inclusión de señales de tres estados, que incorporan estados metaestables.
• La inserción de dos o más D-FF después de las señales RO mejora demostrablemente la distribución de bits de los RNG basados en RO.

Conclusiones:

• Los D-FF múltiples sirven como circuitos de sincronización eficaces para señales RO en aplicaciones de RNG.
• El número de D-FF después de RO es un factor crítico para lograr una distribución de bits uniforme.
• Se recomienda la implementación de al menos dos D-FF después de los osciladores de anillo para mejorar el rendimiento del generador de números aleatorios.