PL232381B1 - Metastabilnościowy generator losowy - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest metastabilnościowy generator losowy stosowany, zwłaszcza do generowania liczb i ciągów liczbowych prawdziwie losowych.

Znany jest z opisu patentowego PL 225187 B1, metastabilnościowy generator losowy, który zawiera generator metastabilnościowych interwałów czasowych o co najmniej dwóch wyjściach oraz który zawiera co najmniej jeden arbiter dołączony do co najmniej dwóch wybranych wyjść generatora metastabilnościowych interwałów czasowych.

Z tego samego patentu znany jest w technice metastabilnościowy generator losowy, w którym do wyjść arbitrów dołączony jest układ wyjściowy.

Celem wynalazku jest wzajemne dopasowanie statystycznych właściwości poszczególnych wyjść generatora metastabilnościowych interwałów czasowych, dopasowywanie generatora metastabilnościowych interwałów czasowych do arbitrów oraz jednocześnie wzajemne dopasowanie statystycznych właściwości poszczególnych wyjść generatora metastabilnościowych interwałów czasowych i dopasowywanie generatora metastabilnościowych interwałów czasowych do arbitrów.

Istota układu według wynalazku polega na tym, że generator metastabilnościowych interwałów czasowych ma regulację szybkości przynajmniej jednego wyjścia i że ma przynajmniej jedno wejście regulujące tę szybkość. Metastabilnościowy generator losowy ma układ dopasowania szybkości, którego kolejne wyjścia ma dołączone do kolejnych wejść regulacji szybkości generatora metastabilnościowych interwałów czasowych. Przynajmniej jeden arbiter jest arbitrem z regulowaną szybkością. Metastabilnościowy generator losowy ma układ sterowania szybkością którego wyjście sterowania szybkością arbitrażu ma dołączone do przynajmniej jednego wejścia regulacji szybkości przynajmniej jednego arbitra. Generator metastabilnościowych interwałów czasowych ma przynajmniej jedno wejście regulacji szybkości, do którego ma dołączone wyjście sterowania szybkością generowania układu sterowania szybkością. Układ sterowania szybkością dołączony jest do generatora metastabilnościowych interwałów czasowych przez regulowany układ dopasowania szybkości, którego kolejne wyjścia dołączone są do kolejnych wejść regulacji szybkości generatora metastabilnościowych interwałów czasowych. Układ sterowania szybkością ma przynajmniej jedno wejście dołączone do przynajmniej jednego wyjścia metastabilnościowego generatora losowego.

Wynalazek umożliwia wzajemne dopasowanie właściwości statystycznych generowanych interwałów czasowych, umożliwia jednoczesną regulację szybkości wszystkich wyjść generatora metastabilnościowych interwałów czasowych i regulację szybkości arbitrów oraz umożliwia jednocześnie wzajemne dopasowanie właściwości statystycznych generowanych interwałów czasowych i wzajemne dopasowanie szybkości generatora metastabilnościowych interwałów czasowych i szybkości arbitra lub arbitrów.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy metastabilnościowego generatora losowego zawierający pojedynczy arbiter oraz generator metastabilnościowych interwałów czasowych z dołączonym układem dopasowania szybkości, fig. 2 przedstawia schemat blokowy metastabilnościowego generatora losowego zawierający szereg arbitrów z układem wyjściowym oraz generator metastabilnościowych interwałów czasowych z dołączonym układem dopasowania szybkości, fig. 3 przedstawia schemat blokowy metastabilnościowego generatora losowego zawierający generator metastabilnościowych interwałów czasowych i pojedynczy arbiter z dołączonym układem sterowania szybkością, fig. 4 przedstawia schemat blokowy metastabilnościowego generatora losowego zawierający szereg arbitrów z układem wyjściowym i generator metastabilnościowych interwałów czasowych z dołączonym układem sterowania szybkością dołączonym do arbitrów i generatora metastabilnościowych interwałów czasowych, fig. 5 przedstawia schemat blokowy metastabilnościowego generatora losowego zawierający pojedynczy arbiter i generator metastabilnościowych interwałów czasowych z dołączonym układem dopasowania szybkości oraz regulowanym układem sterowania szybkością, a fig. 6 - schemat blokowy metastabilnościowego generatora losowego zawierający szereg arbitrów z układem wyjściowym i generator metastabilnościowych interwałów czasowych z dołączonym regulowanym układem dopasowania szybkości oraz układem sterowania szybkością.

Metastabilnościowy generator losowy przedstawiony na fig. 1 zawiera generator metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS o dwóch wyjściach Ta i Tb, do których dołączony jest jeden arbiter A o dwóch wyjściach LL i PLL, które są jednocześnie wyjściami metaPL 232 381 B1 stabilnościowego generatora losowego. Generator metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS posiada dwa wejścia regulacji szybkości RSa i RSb, które są dołączone do dwóch wyjść PSa i DSb układu dopasowania szybkości UDS.

Generator metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS generuje dwa sygnały będące wynikiem wyjścia multiwibratorów ze stanów metastabilnych. Arbiter A pełni rolę detektora pierwszeństwa nadejścia dwóch sygnałów, które zostały dołączone do jego wejść. 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.

Metastabilnościowy generator losowy przedstawiony na fig. 2 zawiera generator metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS' o pięciu wyjściach T1, T2, T3, T4 i T5, do których dołączone są trzy arbitry A1, A2 i A3 w ten sposób, że pierwszy arbiter A1 dołączony jest do pierwszego wyjścia T1 i do drugiego wyjścia T2 generatora metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS', drugi arbiter A2 dołączony jest do drugiego wyjścia T2 i do trzeciego wyjścia T3 generatora metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS', a trzeci arbiter A3 dołączony jest do czwartego wyjścia T4 i do piątego wyjścia T5 generatora metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS'. Każdy z arbitrów posiada parę pojedynczych wyjść. Pary pojedynczych wyjść trzech arbitrów dołączone są do trzech par pojedynczych wejść układu wyjściowego UK, który posiada dwa wyjścia LL' i PLL', które są jednocześnie wyjściami metastabilnościowego generatora losowego. Generator metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS' posiada pięć wejść regulacji szybkości RS1. RS2, RS3, RS4 i RS5, które są dołączone do pięciu wyjść DS1, DS2, DS3, DS4 i DS5 układu dopasowania szybkości UDS'.

Generator metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS' generuje pięć sygnałów będących wynikiem wyjścia multiwibratorów ze stanów metastabilnych. Arbitry A1, A2 i A3 pełnią rolę detektorów pierwszeństwa nadejścia dwóch sygnałów, które zostały dołączone do ich wejść. 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 dobór statystycznych właściwości generowanych interwałów czasowych tak, aby w praktyce mogły być wybierane pary wyjść generatora metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością, które pozwalają uzyskać najlepsze właściwości statystyczne.

Metastabilnościowy generator losowy przedstawiony na fig. 3 zawiera generator metastabilnościowych interwałów czasowych GMIC o dwóch wyjściach Ta i Tb, do których dołączony jest jeden arbiter z regulowaną szybkością ARS o dwóch wyjściach LL i PLL, które są jednocześnie wyjściami metastabilnościowego generatora losowego. Arbiter z regulowaną szybkością ARS posiada wejście regulacji szybkości arbitra RSA, które jest dołączone do wyjścia sterowania szybkością arbitrażu SSA układu sterowania szybkością USS.

Generator metastabilnościowych interwałów czasowych GMIC generuje dwa sygnały będące wynikiem wyjścia multiwibratorów ze stanów metastabilnych. Arbiter z regulowaną szybkością ARS pełni rolę detektora pierwszeństwa nadejścia dwóch sygnałów, które zostały dołączone do jego wejść. Regulacja szybkości arbitra z regulowaną szybkością ARS pozwala na dopasowywanie go względem generatora metastabilnościowych interwałów czasowych GMIC. 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. Układ sterowania szybkością USS analizuje wyniki pomiarów środowiskowych, na podstawie których dokonuje dopasowania szybkości tak, aby uzyskać najlepsze właściwości pracy układu pod względem szybkości i losowości generowanych liczb i ciągów losowych.

Metastabilnościowy generator losowy przedstawiony na fig. 4 zawiera generator metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS' o pięciu wyjściach T1, T2, T3, T4 i T5, do których dołączone są trzy arbitry z regulowaną szybkością ARS1, ARS2 i ARS3 w ten sposób, że pierwszy arbiter z regulowaną szybkością ARS1 dołączony jest do pierwszego wyjścia T1 i do drugiego wyjścia T2 generatora metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością

PL 232 381 B1

GMICRS', drugi arbiter z regulowaną szybkością ARS2 dołączony jest do drugiego wyjścia T2 i do trzeciego wyjścia T3 generatora metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS', a trzeci arbiter z regulowaną szybkością ARS3 dołączony jest do czwartego wyjścia T4 i do piątego wyjścia T5 generatora metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS'. Każdy z arbitrów z regulowaną szybkością posiada parę pojedynczych wyjść. Pary pojedynczych wyjść trzech arbitrów z regulowaną szybkością dołączone są do trzech par pojedynczych wejść układu wyjściowego UK, który posiada dwa wyjścia LL' i PLL', które są jednocześnie wyjściami metastabilnościowego generatora losowego. Generator metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS' posiada wejście regulacji szybkością generatora RSG, które jest dołączone do wyjścia sterowania szybkością generowania SSG' układu sterowania szybkością USS'. Arbitry z regulowaną szybkością ARS1, ARS2 i ARS3 posiadają wejścia regulacji szybkości arbitrów RSA1, RSA2 i RSA3, które są dołączone do wyjścia sterowania szybkością arbitrażu SSA' układu sterowania szybkością USS'.

Generator metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS' generuje pięć sygnałów będących wynikiem wyjścia multiwibratorów ze stanów metastabilnych. Arbitry z regulowaną szybkością ARS1, ARS2 i ARS3 pełnią rolę detektorów pierwszeństwa nadejścia dwóch sygnałów, które zostały dołączone do ich wejść. Regulacja szybkości generatora metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS' oraz arbitrów z regulowaną szybkością ARS1, ARS2 i ARS3 pozwala na dopasowywanie tych układów względem siebie. 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. Układ sterowania szybkością USS' analizuje wyniki pomiarów środowiskowych, na podstawie których dokonuje dopasowania szybkości tak, aby uzyskać najlepsze właściwości pracy układu pod względem szybkości i losowości generowanych liczb i ciągów losowych.

Metastabilnościowy generator losowy przedstawiony na fig. 5 zawiera generator metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS o dwóch wyjściach Ta i Tb, do których dołączony jest jeden arbiter z regulowaną szybkością ARS o dwóch wyjściach LL i PLL, które są jednocześnie wyjściami metastabilnościowego generatora losowego. Generator metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS posiada dwa wejścia regulacji szybkości RSa i RSb, które są dołączone do dwóch wyjść DSa i DSb regulowanego układu dopasowania szybkości RUDS. Regulowany układ dopasowania szybkości RUDS posiada wejście regulacji szybkości generowania RSG', które jest dołączone do wyjścia sterowania szybkością generowania SSG układu sterowania szybkością USS. Arbiter z regulowaną szybkością ARS posiada wejście regulacji szybkości arbitra RSA, które jest dołączone do wyjścia sterowania szybkością arbitrażu SSA układu sterowania szybkością USS.

Generator metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS generuje dwa sygnały będące wynikiem wyjścia multiwibratorów ze stanów metastabilnych. Arbiter z regulowaną szybkością ARS pełni rolę detektora pierwszeństwa nadejścia dwóch sygnałów, które zostały dołączone do jego wejść. Regulacja szybkości poszczególnych wyjść generatora metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS, której dokonuje regulowany układ dopasowania szybkości RUDS, 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 metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS odbywa się poprzez regulowany układ dopasowania szybkości RUDS na podstawie sygnału dostarczanego do wejścia regulacji szybkości generowania RSG'. Wzajemna regulacja szybkości generatora metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS oraz arbitra z regulowaną szybkością ARS pozwala na dopasowywanie tych układów względem siebie. 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. Układ sterowania szybkością USS analizuje wyniki pomiarów środowiskowych, na podstawie których dokonuje dopasowania szybkości tak, aby uzyskać najlepsze właściwości pracy układu pod względem szybkości i losowości generowanych liczb i ciągów losowych.

PL 232 381 B1

Metastabilnościowy generator losowy przedstawiony na fig. 6 zawiera generator metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS' o pięciu wyjściach T1, T2, T3, T4 i T5, do których dołączone są trzy arbitry z regulowaną szybkością ARS1, ARS2 i ARS3 w ten sposób, że pierwszy arbiter z regulowaną szybkością ARS1 dołączony jest do pierwszego wyjścia T1 i do drugiego wyjścia T2 generatora metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS', drugi arbiter z regulowaną szybkością ARS2 dołączony jest do drugiego wyjścia T2 i do trzeciego wyjścia T3 generatora metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS', a trzeci arbiter z regulowaną szybkością ARS3 dołączony jest do czwartego wyjścia T4 i do piątego wyjścia T5 generatora metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS'. Każdy z arbitrów z regulowaną szybkością posiada parę pojedynczych wyjść. Pary pojedynczych wyjść trzech arbitrów z regulowaną szybkością dołączone są do trzech par pojedynczych wejść układu wyjściowego UK, który posiada dwa wyjścia LL' i PLL', które są jednocześnie wyjściami metastabilnościowego generatora losowego. Generator metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS' posiada pięć wejść regulacji szybkości RS1, RS2, RS3, RS4 i RS5, które są dołączone do pięciu wyjść DS1, DS2, DS3, DS4 i DS5 regulowanego układu dopasowania szybkości RUDS'. Regulowany układ dopasowania szybkości RUDS' posiada wejście regulacji szybkości generowania RSG', które jest dołączone do wyjścia sterowania szybkością generowania SSG' układu sterowania szybkością USS'. Arbitry z regulowaną szybkością ARS1, ARS2 i ARS3 posiadają wejścia regulacji szybkości arbitrów RSA1, RSA2 i RSA3, które są dołączone do wyjścia sterowania szybkością arbitrażu SSA' układu sterowania szybkością USS'. Wyjścia LL' i PLL' układu wyjściowego UK dołączone są do wejść WLL' i WPLL' układu sterowania szybkością USS'.

Generator metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS' generuje pięć sygnałów będących wynikiem wyjścia multiwibratorów ze stanów metastabilnych. Arbitry z regulowaną szybkością ARS1, ARS2 i ARS3 pełnią rolę detektorów pierwszeństwa nadejścia dwóch sygnałów, które zostały dołączone do ich wejść. Regulacja szybkości poszczególnych wyjść generatora metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS', której dokonuje regulowany układ dopasowania szybkości RUDS', 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 dobór statystycznych właściwości generowanych interwałów czasowych tak, aby w praktyce mogły być wybierane pary wyjść generatora metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością, które pozwalają uzyskać najlepsze właściwości statystyczne. Natomiast regulacja szybkości całego generatora metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS' odbywa się poprzez regulowany układ dopasowania szybkości RUDS' na podstawie sygnału dostarczanego do wejścia regulacji szybkości generowania RSG'. Wzajemna regulacja szybkości generatora metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS' oraz arbitrów z regulowaną szybkością ARS1, ARS2 i ARS3 pozwala na dopasowywanie tych układów względem siebie. 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. Układ sterowania szybkością USS' analizuje statystyki generowanych liczb i ciągów losowych, na podstawie których dokonuje dopasowania szybkości tak, aby uzyskać najlepsze właściwości pracy układu pod względem szybkości i losowości generowanych liczb i ciągów losowych.

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 (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Metastabilnościowy generator losowy zawierający generator metastabilnościowych interwałów czasowych o co najmniej dwóch wyjściach oraz zawierający co najmniej jeden arbiter dołączony do co najmniej dwóch wybranych wyjść generatora metastabilnościowych interwałów czasowych, znamienny tym, że generator metastabilnościowych interwałów czasowych (GMICRS, GMICRS') posiada regulację szybkości przynajmniej jednego wyjścia (Ta, Tb), (T1, T2, T3, T4, T5) oraz że posiada przynajmniej jedno wejście regulujące tę szybkość (RSa, RSb), (RS1, RS2, RS3, RS4, RS5), (RSG).

   PL 232 381 Β1
2. 2. Metastabilnościowy generator losowy według zastrz. 1, znamienny tym, że posiada układ dopasowania szybkości (UPS, UPS’), którego kolejne wyjścia (PSa, DSb), (DS1, DS2, DS3, DS4, DS5) dołączone są do kolejnych wejść regulacji szybkości (RSa, RSb), (RS1, RS2, RS3, RS4, RS5) generatora metastabilnościowych interwałów czasowych (GMICRS, GMICRS’).
3. 3. Metastabilnościowy generator losowy zawierający generator metastabilnościowych interwałów czasowych o co najmniej dwóch wyjściach oraz zawierający co najmniej jeden arbiter dołączony do co najmniej dwóch wybranych wyjść generatora metastabilnościowych interwałów czasowych, znamienny tym, że przynajmniej jeden arbiter jest arbitrem z regulowaną szybkością (ARS), (ARS1, ARS2, ARS3).
4. 4. Metastabilnościowy generator losowy według zastrz. 3, znamienny tym, że posiada układ sterowania szybkością (USS, USS’), którego wyjście sterowania szybkością arbitrażu (SSA, SSA’) dołączone jest do przynajmniej jednego wejścia regulacji szybkości (RSA), (RSA1, RSA2, RSA3) przynajmniej jednego arbitra z regulowaną szybkością (ARS), (ARS1, ARS2, ARS3).
5. 5. Metastabilnościowy generator losowy według zastrz. 4, znamienny tym, że generator metastabilnościowych interwałów czasowych (GMICRS’) posiada regulację szybkości przynajmniej jednego wyjścia (Tl, T2, T3, T4, T5) oraz że posiada przynajmniej jedno wejście regulacji szybkości (RSG) dołączone do wyjścia sterowania szybkością generowania (SSG’) układu sterowania szybkością (USS’).
6. 6. Metastabilnościowy generator losowy według zastrz. 5, znamienny tym, że układ sterowania szybkością (USS, USS’) dołączony jest do generatora metastabilnościowych interwałów czasowych (GMICRS, GMICRS’) przez regulowany układ dopasowania szybkości (RUDS, RU PS’), którego kolejne wyjścia (PSa, DSb), (DS1, DS2, DS3, DS4, DS5) dołączone są do kolejnych wejść regulacji szybkości (RSa, RSb), (RS1, RS2, RS3, RS4, RS5) generatora metastabilnościowych interwałów czasowych (GMICRS, GMICRS’).
7. 7. Metastabilnościowy generator losowy według zastrz. 4 albo 5, albo 6, znamienny tym, że układ sterowania szybkością (USS’) posiada przynajmniej jedno wejście (WLL’, WPLL’) dołączone do przynajmniej jednego wyjścia (LL’, PLL’) metastabilnościowego generatora losowego.