PL232380B1

PL232380B1 - Generator metastabilnościowych interwałów czasowych

Info

Publication number: PL232380B1
Application number: PL422477A
Authority: PL
Inventors: Piotr Zbigniew Wieczorek; Krzysztof Gołofit
Original assignee: Politechnika Warszawska
Priority date: 2017-08-08
Filing date: 2017-08-08
Publication date: 2019-06-28
Also published as: PL422477A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest generator metastabilnościowych interwałów czasowych stosowany zwłaszcza do generowania liczb i ciągów liczbowych prawdziwie losowych.

Znany jest z opisu patentowego PL 225186 B1, generator metastabilnościowych interwałów czasowych, który zawiera co najmniej dwa multiwibratory, których wyjścia są dołączone do wyjść generatora, a wejścia są dołączone do wejść generatora.

Celem wynalazku jest wzajemne dopasowanie multiwibratorów generatora, możliwość dopasowywania multiwibratorów generatora względem układu dołączanego do generatora oraz jednocześnie wzajemne dopasowanie multiwibratorów generatora i możliwość dopasowywania multiwibratorów generatora względem układu dołączanego do generatora.

Istota układu według wynalazku polega na tym, że w generatorze metastabilnościowych interwałów czasowych przynajmniej jeden multiwibrator jest multiwibratorem z regulowaną szybkością. Generator ma układ dopasowania multiwibratorów, którego kolejne wyjścia ma dołączone do wejść regulacji szybkości multiwibratorów z regulowaną szybkością. Generator ma układ sterowania szybkością, którego wyjście dołączone ma jednocześnie do wejść regulacji szybkości multiwi bratorów z regulowaną szybkością. Generator ma układ sterowania szybkością, którego wyjście ma dołączone do wejścia sterującego układu dopasowania multiwibratorów. Multiwibrator z regulowaną szybkością stanowi przynajmniej jeden układ napięciowy, którego obwód zasilający dołączony jest do wejścia regulacji szybkości multiwibratora. Multiwibrator z regulowaną szybkością stanowi przynajmniej jeden układ prądowy z regulowanym źródłem prądowym, które dołączone jest do wejścia regulacji szybkości multiwibratora.

Wynalazek umożliwia regulację szybkości multiwibratorów generatora zapewniającą wzajemne dopasowanie właściwości statystycznych generowanych interwałów czasowych, umożliwia jednoczesną regulację szybkości wielu multiwibratorów zapewniającą dopasowywanie do układu dołączanego do generatora oraz umożliwia regulację szybkości multiwibratorów generatora jednocześnie względem siebie i względem układu dołączanego do generatora.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy generatora metastabilnościowych interwałów czasowych z układem dopasowania multiwibratorów, fig. 2 przedstawia schemat blokowy generatora metastabilnościowych interwałów czasowych z układem sterowania szybkością, fig. 3 przedstawia schemat blokowy generatora metastabilnościowych interwałów czasowych z układem dopasowania multiwibratorów i układem sterowania szybkością, fig. 4 przedstawia schemat blokowy napięciowego multiwibratora z regulowaną szybkością, a fig. 5 - schemat blokowy prądowego multiwibratora z regulowaną szybkością.

Generator metastabilnościowych interwałów czasowych przedstawiony na fig. 1 zawiera dwa multiwibratory z regulowaną szybkością MRS1 i MRS2 w postaci przerzutników typu „D”, każdy o jednym wejściu danych D1 i D2, jednym wyjściu danych Q1 i Q2, jednym wejściu zegarowym C1 i C2 oraz jednym wejściu regulacji szybkości RS1 i RS2. Wejścia danych przerzutników D1 i D2 są ze sobą zwarte i dołączone do pierwszego wejścia I1 generatora G. Wejścia zegarowe przerzutników C1 i C2 są ze sobą zwarte i dołączone do drugiego wejścia I2 generatora G. Wyjście danych Q1 pierwszego przerzutnika MRS1 jest dołączone do pierwszego wyjścia O1 generatora. Wyjście danych Q2 drugiego przerzutnika MRS2 jest dołączone do drugiego wyjścia O2 generatora G. Generator G zawiera także układ dopasowania multiwibratorów UDM, którego pierwsze wyjście DS1 dołączone jest do wejścia regulacji szybkości RS1 pierwszego multiwibratora MRS1, a drugie wyjście DS2 dołączone jest do wejścia regulacji szybkości RS2 drugiego multiwibratora MRS2.

Regulacja szybkości pozwala na kompensację różnic w działaniu multiwibratorów, które najczęściej powstają na skutek rozrzutów technologicznych w procesie produkcji, różnego rodzaju wad materiałowych lub innych niedoskonałości. Kompensacja ma na celu wyrównanie statystycznych właściwości generowanych interwałów czasowych tak, aby interwał jednego multiwibratora względem innego był większy z prawdopodobieństwem 0,5.

Generator metastabilnościowych interwałów czasowych przedstawiony na fig. 2 zawiera dwa multiwibratory z regulowaną szybkością MRS1 i MRS2 w postaci przerzutników typu „D”, każdy o jednym wejściu danych D1 i D2, jednym wyjściu danych Q1 i Q2, jednym wejściu zegarowym C1 i C2 oraz jednym wejściu regulacji szybkości RS1 i RS2. Wejścia danych przerzutników D1 i D2 są ze sobą zwarte i dołączone do pierwszego wejścia I1 generatora G. Wejścia zegarowe przerzutników C1 i C2 są ze sobą zwarte i dołączone do drugiego wejścia ]2 generatora G. WyjPL 232 380 B1 ście danych Q1 pierwszego przerzutnika MRS1 jest dołączone do pierwszego wyjścia O1 generatora. Wyjście danych Q2 drugiego przerzutnika MRS2 jest dołączone do drugiego wyjścia O2 generatora G. Do generatora G dołączony jest układ sterowania szybkością USS w taki sposób, że wyjście SS układu sterowania szybkością USS dołączone jest jednocześnie do wejścia regulacji szybkości RS1 pierwszego multiwibratora MRS1 i do wejścia regulacji szybkości RS2 drugiego multiwibratora MRS2.

Regulacja szybkości całego generatora pozwala na dopasowywanie względem układu dołączanego do wyjść generatora. Regulacja taka pozwala na minimalizację szkodliwego wpływu różnych czynników - na przykład czynników środowiskowych, typu temperatura czy napięcie zasilania, lub ataków aktywnych, typu side-channel, mających na celu zaburzenie prawidłowej pracy układu.

Generator metastabilnościowych interwałów czasowych przedstawiony na fig. 3 zawiera dwa multiwibratory z regulowaną szybkością MRS1 i MRS2 w postaci przerzutników typu „D”, każdy o jednym wejściu danych D1 i D2, jednym wyjściu danych Q1 i Q2, jednym wejściu zegarowym C1 i C2 oraz jednym wejściu regulacji szybkości RS1 i RS2. Wejścia danych przerzutników D1 i D2 są ze sobą zwarte i dołączone do pierwszego wejścia I1 generatora G. Wejścia zegarowe przerzutników C1 i C2 są ze sobą zwarte i dołączone do drugiego wejścia I2 generatora G. Wyjście danych Q1 pierwszego przerzutnika MRS1 jest dołączone do pierwszego wyjścia O1 generatora. Wyjście danych Q2 drugiego przerzutnika MRS2 jest dołączone do drugiego wyjścia O2 generatora G. Generator G zawiera także układ dopasowania multiwibratorów UDM, którego pierwsze wyjście DS1 dołączone jest do wejścia regulacji szybkości RS1 pierwszego multiwibratora MRS1, a drugie wyjście DS2 dołączone jest do wejścia regulacji szybkości RS2 drugiego multiwibratora MRS2. Do generatora G dołączony jest układ sterowania szybkością USS w taki sposób, że wyjście SS układu sterowania szybkością USS dołączone jest do wejścia sterującego DSS układu dopasowania multiwibratorów UDM.

Regulacja szybkości, dokonywana przez układ dopasowania multiwibratorów UDM, pozwala na kompensację różnic w działaniu multiwibratorów, które najczęściej powstają na skutek rozrzutów technologicznych w procesie produkcji, różnego rodzaju wad materiałowych lub innych niedoskonałości. Kompensacja ma na celu wyrównanie statystycznych właściwości generowanych interwałów czasowych tak, aby interwał jednego multiwibratora względem innego był większy z prawdopodobieństwem 0,5. Natomiast regulacja szybkości całego generatora, dokonywana przez układ sterowania szybkością USS, pozwala na dopasowywanie względem układu dołączanego do wyjść generatora. Regulacja taka pozwala na minimalizację szkodliwego wpływu różnych czynników - na przykład czynników środowiskowych, typu temperatura czy napięcie zasilania, lub ataków aktywnych, typu sidechannel, mających na celu zaburzenie prawidłowej pracy układu.

Napięciowy multiwibrator z regulowaną szybkością przedstawiony na fig. 4, wchodzący w skład generatora metastabilnościowych interwałów czasowych, stanowi napięciowy multiwibrator NM o dwóch wejściach Dj i C dołączonych do wejść D i C multiwibratora z regulowaną szybkością MRS i wyjściu Qj dołączonym do wyjścia Q multiwibratora z regulowaną szybkością MRS. Wejście dla dodatniego zasilania VDD napięciowego multiwibratora NM dołączone jest do wejścia regulacji szybkości RS multiwibratora z regulowaną szybkością MRS, natomiast wejście dla ujemnego zasilania VSS napięciowego multiwibratora NM dołączone jest do ogólnej masy układu GND.

Napięciowy multiwibrator NM w postaci przerzutnika „D”, zbudowany z klasycznych bramek logicznych czy w technice CMOS, może być regulowany pod względem szybkości przez zmianę napięcia zasilania przerzutnika. Niższe napięcie oznacza wolniejszą pracę, wyższe napięcie oznacza szybszą pracę. Napięcie zasilania może być obniżane nawet do podprogowego napięcia działania tranzystorów. Maksymalne napięcie jest określone brzegowymi parametrami pracy układu.

Prądowy multiwibrator z regulowaną szybkością przedstawiony na fig. 5, wchodzący w skład generatora metastabilnościowych interwałów czasowych, stanowi regulowane źródło prądowe ISS oraz dołączona do niego część logiczna multiwibratora LM o dwóch wejściach Dj i C dołączonych do wejść D i C multiwibratora z regulowaną szybkością MRS i wyjściu Qj dołączonym do wyjścia Q multiwibratora z regulowaną szybkością MRS. Wejście regulacji szybkości RS multiwibratora z regulowaną szybkością MRS dołączone jest do regulowanego źródła prądowego ISS. Dodatnie napięcie zasilania VD dołączone jest do części logicznej multiwibratora LM, a ogólna masa układu GND dołączona jest do regulowanego źródła prądowego ISS.

Multiwibrator MRS zbudowany z bramek prądowych może być regulowany pod względem szybkości przez zmianę wartości prądu tych bramek. Mniejsza wartość prądu oznacza wolniejszą pracę,

PL 232 380 B1 większa wartość prądu oznacza szybszą pracę. Źródła prądowe wykonane w postaci luster prądowyc h pozwalają na łatwe sterowanie całym szeregiem źródeł prądowych jednocześnie.

Możliwości zastosowania wynalazku przewiduje się w generowaniu liczb i ciągów liczbowych prawdziwie losowych w układach odpornych na ataki typu side-channel i zmienne środowisko pracy.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Generator metastabilnościowych interwałów czasowych zawierający co najmniej dwa multiwibratory, których wyjścia są dołączone do wyjść generatora, a wejścia są dołączone do wejść generatora, znamienny tym, że przynajmniej jeden multiwibrator jest multiwibratorem z regulowaną szybkością (MRS1, MRS2).
2. Generator metastabilnościowych interwałów czasowych według zastrz. 1, znamienny tym, że posiada układ dopasowania multiwibratorów (UDM), którego kolejne wyjścia (DS1, DS2) dołączone są do wejść regulacji szybkości (RS1, RS2) multiwibratorów z regulowaną szybkością (MRS1, MRS2).
3. Generator metastabilnościowych interwałów czasowych według zastrz. 1, znamienny tym, że posiada układ sterowania szybkością (USS), którego wyjście (SS) dołączone jest jednocześnie do wejść regulacji szybkości (RS1, RS2) multiwibratorów z regulowaną szybkością (MRS1, MRS2).
4. Generator metastabilnościowych interwałów czasowych według zastrz. 2, znamienny tym, że posiada układ sterowania szybkością (USS), którego wyjście (SS) dołączone jest do wejścia sterującego (DSS) układu dopasowania multiwibratorów (UDM).
5. Generator metastabilnościowych interwałów czasowych według zastrz. 1, znamienny tym, że multiwibrator z regulowaną szybkością (MRS) stanowi przynajmniej jeden multiwibrator napięciowy (NM), którego obwód zasilający (VDD) dołączony jest do wejścia regulacji szybkości (RS) multiwibratora (MRS).
6. Generator metastabilnościowych interwałów czasowych według zastrz. 1, znamienny tym, że multiwibrator z regulowaną szybkością (MRS) stanowi przynajmniej jeden multiwibrator prądowy z regulowanym źródłem prądowym (ISS), które dołączone jest do wejścia regulacji szybkości (RS) multiwibratora (MRS).