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JSSC 2008第1期Other0.13μm

True Random Number Generator With a Metastability-Based Quality Control

提出一种基于亚稳态的高熵真随机数生成器,通过动态控制实现高质量随机比特流。
0.13μm CMOS, 0.145mm²面积
真随机数生成器亚稳态NIST测试动态控制
创新点1:基于亚稳态的随机性质量控制(方法创新) - 通过测量亚稳态解析时间来评估随机性概率,独立于输出比特值,实现了对原始随机噪声水平的直接量化,显著提升了熵值质量。
创新点2:动态噪声响应机制(系统创新) - 系统实时检测确定性噪声并动态调整参数,通过闭环控制维持高随机性概率,适应环境变化(如温度、电压波动)。
创新点3:可调比特率与质量平衡(电路创新) - 分级模块允许用户通过配置亚稳态事件筛选阈值,在0.145mm²面积内实现1-100Mbps可调输出,满足不同应用对熵值(>0.999)与吞吐量的需求。
创新点4:全集成亚稳态检测电路(电路创新) - 采用0.13μm CMOS工艺实现高精度亚稳态时间测量电路,分辨率达ps级,为质量分级提供硬件基础。
Abstract
We present a metastability-based True Random Number Generator that achieves high entropy and passes NIST randomness tests. The generator grades the probability of ran- domness regardless of the output bit value by measuring the metastable resolution time. The system determines the original random noise level at the time of metastability and tunes itself to achieve a high probability of randomness. Dynamic control enables the system to respond to deterministic noise and a quali- fier module grades