用于SRAM PUFs的伪随机数发生器的FPGA实现

doi:10.3969/j.issn.0372-2112.2017.09.008

电子学报 ›› 2017, Vol. 45 ›› Issue (9): 2106-2112.DOI: 10.3969/j.issn.0372-2112.2017.09.008

用于SRAM PUFs的伪随机数发生器的FPGA实现

李冰¹, 周岑军¹, 陈帅¹, 吉建华²

1. 东南大学微电子学院, 江苏南京 210000;
2. 深圳大学信息工程学院, 广东深圳 518060

收稿日期:2016-05-11 修回日期:2016-08-19 出版日期:2017-09-25
- 作者简介:
- 李冰,男,1968年生于江苏南京,博士,现为东南大学教授,博士生导师,日本IEICE会员,美国IEEE会员,科技部火炬计划入库专家,东南大学先进云系统联合研究中心主任,目前主要从事安全信息数据交换及电路系统方面的研究工作.E-mail:bernie_seu@seu.edu.cn;周岑军,男,1991年生于浙江杭州,现为东南大学研究生,主要从事信息安全及数字电路设计方面的研究工作.E-mail:zhoucenjun@msn.cn;陈帅,男,1989年生于山东邹平,现为东南大学博士,在国际期刊上发表多篇SCI论文,主要从事信息安全、数据压缩及数字电路设计方面的研究工作.E-mail:chenshuai_ic@seu.edu.cn;吉建华,男,1970年生于江苏江阴,博士,现为深圳大学教授,硕士生导师,目前主要从事光通信及信息安全方面的研究工作.
- 基金资助:
- 国家自然科学基金 (No.61571116）

FPGA Implementation of Pseudo-Random Number Generator for SRAM PUFs

LI Bing¹, ZHOU Cen-jun¹, CHEN Shuai¹, JI Jian-hua²

1. School of Microelectronics, Southeast University, Nanjing, Jiangsu 210000, China;
2. School of Information Engineering, Shenzhen University, Shenzhen, Guangdong 518060, China

Received:2016-05-11 Revised:2016-08-19 Online:2017-09-25 Published:2017-09-25
- Supported by:
- National Natural Science Foundation of China (No.61571116)

摘要/Abstract

摘要： 信息安全问题日益突出，而随机数则是信息安全系统的基石.本文以哈希算法为核心设计了一种伪随机数发生器，其以静态随机存储器物理不可克隆函数（Static Random Access Memory Physical Unclonable Functions，SRAM PUFs）为熵源，能够产生大量的伪随机序列.通过对熵源有效性的在线监测以及对种子的动态重播操作，本文提出的用于SRAM PUFs的伪随机数发生器提高了伪随机序列的安全性，可应用于各种高安全等级加密系统中.该发生器在FPGA开发平台上得到实现，其发生速度达598.1Mbps.随机数检测套件NIST分析结果表明：该伪随机数发生器的输出通过了所有测试项目，具有良好的随机性.

关键词: 伪随机数发生器, 哈希算法, 静态随机存储器物理不可克隆函数, 熵检验, 现场可编程门阵列

Abstract: The problem of information security is becoming serious,and the random numbers are the cornerstone of information security systems.This paper proposes a Hash-based pseudo-random number generator (PRNG) which takes static random access memory physical unclonable functions (SRAM PUFs) as entropy sources.This PRNG verifies the availability of entropy sources online and reseeds dynamically which improved the security of pseudo-random numbers.Therefore,it can be securely applied in high-level secure cryptographic protocols.This PRNG is implemented on FPGA development platform and the generation speed is up to 598.1Mbps.Experimental results of the NIST statistical test suite show that,the pseudo-random numbers generated by this PRNG pass all random tests and have good randomness.

Key words: PRNG, Hash algorithm, SRAM PUFs, entropy verification, field programmable gate array (FPGA)

中图分类号:

TP331

李冰, 周岑军, 陈帅, 等. 用于SRAM PUFs的伪随机数发生器的FPGA实现[J]. 电子学报, 2017, 45(9): 2106-2112.

LI Bing, ZHOU Cen-jun, CHEN Shuai, et al. FPGA Implementation of Pseudo-Random Number Generator for SRAM PUFs[J]. Acta Electronica Sinica, 2017, 45(9): 2106-2112.

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用于SRAM PUFs的伪随机数发生器的FPGA实现

FPGA Implementation of Pseudo-Random Number Generator for SRAM PUFs

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