【摘 要】
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通信系统的安全性很大程度上依赖于加密算法,而随机数是加密算法的基础,通常用于产生密钥和身份验证信息。随机数发生器的鲁棒性以及生成的随机数的质量也在一定程度上影响了通信系统的安全性。考虑到不同的应用场景,本文分别实现了基于FPGA与ASIC的真随机数发生器,完成了两部分设计工作。首先,设计一个基于FPGA的真随机数发生器。论文基于亚稳态的随机数产生原理,根据FPGA特点,提出一种新的双与非门电路结构
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通信系统的安全性很大程度上依赖于加密算法,而随机数是加密算法的基础,通常用于产生密钥和身份验证信息。随机数发生器的鲁棒性以及生成的随机数的质量也在一定程度上影响了通信系统的安全性。考虑到不同的应用场景,本文分别实现了基于FPGA与ASIC的真随机数发生器,完成了两部分设计工作。首先,设计一个基于FPGA的真随机数发生器。论文基于亚稳态的随机数产生原理,根据FPGA特点,提出一种新的双与非门电路结构。设计考虑制造工艺、电压以及温度的对电路的影响,增加对输出序列的检测并反馈到前级电路使得随机数电路保持在合适的偏置点,从而提高了随机数的质量。本设计基于Virtex-5开发平台实现,随机数产生电路通过NIST随机数测试套件测试,最终输出速率达到30Mbps,且消耗的资源较少。其次,基于亚稳态的随机数产生原理,使用ASIC设计方法,提出一种新的随机数产生结构。该设计采用新型的灵敏放大器电路,弥补了传统设计中从亚稳态恢复到稳定状态速度比较慢的缺点,大大提高了数据的输出速率。此外,利用新的反馈电路来修正电路因为工艺、电压以及温度等原因导致的偏置,提高设计的鲁棒性。本设计采用0.13um CMOS工艺来实现。在25℃,1.2V条件下可以达到1.9Gbps的输出速率,具有较好的鲁棒性。仿真结果表明,本设计可以满足到当前一些高性能加密系统的应用的要求。
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