論文の概要: A TRNG Implemented using a Soft-Data Based Sponge Function within a Unified Strong PUF Architecture

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.17795v1
• Date: Sat, 21 Jun 2025 19:23:17 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-24 19:06:36.588484
• Title: A TRNG Implemented using a Soft-Data Based Sponge Function within a Unified Strong PUF Architecture
• Title（参考訳）: 統一強PUFアーキテクチャにおけるソフトデータに基づくスポンジ関数を用いたTRNG実装
• Authors: Rachel Cazzola, Cyrus Minwalla, Calvin Chan, Jim Plusquellic,
• Abstract要約: 本稿では,強力なPUFで利用可能な静的エントロピーの組み合わせを利用した統一PUF-TRNGアーキテクチャを提案する。 修正デュプレックススポンジ構造に基づく新しいデータ後処理アルゴリズムを提案する。 その結果, 安定かつロバストなTRNG設計であり, 優れたミニエントロピーと適度なデータレートが得られた。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Hardware security primitives including True Random Number Generators (TRNG) and Physical Unclonable Functions (PUFs) are central components to establishing a root of trust in microelectronic systems. In this paper, we propose a unified PUF-TRNG architecture that leverages a combination of the static entropy available in a strong PUF called the shift-register, reconvergent-fanout (SiRF) PUF, and the dynamic entropy associated with random noise present in path delay measurements. The SiRF PUF uses an engineered netlist containing a large number of paths as the source of static entropy, and a time-to-digital-converter (TDC) as a high-resolution, embedded instrument for measuring path delays, where measurement noise serves as the source of dynamic entropy. A novel data postprocessing algorithm is proposed based on a modified duplex sponge construction. The sponge function operates on soft data, i.e., fixed point data values, to add entropy to the ensuing random bit sequences and to increase the bit generation rate. A postprocessing algorithm for reproducing PUF-generated encryption keys is also used in the TRNG to protect against temperature voltage attacks designed to subvert the random characteristics in the bit sequences. The unified PUF-TRNG architecture is implemented across multiple instances of a ZYBO Z7-10 FPGA board and extensively tested with NIST SP 800-22, NIST SP 800-90B, AIS-31, and DieHarder test suites. Results indicate a stable and robust TRNG design with excellent min-entropy and a moderate data rate.
• Abstract（参考訳）: True Random Number Generators (TRNG) やPhysical Unclonable Function (PUF) などのハードウェアセキュリティプリミティブは、マイクロエレクトロニクスシステムへの信頼の根源を確立する中心的なコンポーネントである。 本稿では、シフトレジスタ、再収束ファンアウト(SiRF)PUFと呼ばれる強力なPUFで利用可能な静的エントロピーと、経路遅延測定におけるランダムノイズに関連する動的エントロピーを組み合わせたPUF-TRNGアーキテクチャを提案する。 SiRF PUFは、多数の経路を静的エントロピーの源として含むエンジニアリングネットリストと、動的エントロピーの源として計測ノイズが働く経路遅延を測定するための高解像度の組込み機器として、TDCを使用する。 修正デュプレックススポンジ構造に基づく新しいデータ後処理アルゴリズムを提案する。 スポンジ関数はソフトデータ、すなわち固定点データ値で動作し、続くランダムビット列にエントロピーを追加し、ビット生成率を増加させる。 TRNGでは、PUF生成暗号鍵を再生するための後処理アルゴリズムを用いて、ビット列のランダムな特性を反転させるように設計された温度電圧攻撃を防ぐ。 統一PUF-TRNGアーキテクチャは、ZYBO Z7-10 FPGAボードの複数のインスタンスに実装され、NIST SP 800-22、NIST SP 800-90B、AIS-31、DieHarderテストスイートで広範囲にテストされている。 その結果, 安定かつロバストなTRNG設計であり, 優れたミニエントロピーと適度なデータレートが得られた。

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