PL241527B1 - Metastabilnościowy generator losowy - Google Patents

Abstract

Metastabilnościowy generator losowy posiada zespół generacji metastabilnościowych interwałów czasowych (GMICRS') o co najmniej dwóch wyjściach (T1, T2, T3, T4, T5) i co najmniej jednym wejściu regulacji szybkości (RS1, RS2, RS3, RS4, RS5) oraz posiada zespół arbitrów z regulowaną szybkością (ARS') zawierający przynajmniej jeden arbiter (ARS1, ARS2, ARS3) dołączony do co najmniej dwóch wybranych wyjść (T1, T2), (T2, T3), (T4, T5) zespołu generacji metastabilnościowych interwałów czasowych (GMICRS'). Ponadto ma układ wyjściowy (UK) dołączony do wyjść arbitrów (ARS1, ARS2, ARS3). Przynajmniej jeden arbiter (ARS1, ARS2, ARS3) posiada wejście regulacji szybkości (RSA1, RSA2, RSA3) dołączone do układu sterowania szybkością (USS'), który jest także dołączony do zespołu generacji metastabilnościowych interwałów czasowych (GMICRS') przez regulowany układ dopasowania szybkości (RUDS') oraz który jest także dołączony do wyjść (LL', PLL') układu wyjściowego (UK), będącymi jednocześnie wyjściami metastabilnościowego generatora losowego.

Description

PL 241 527 B1

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.

Znany jest z opisu patentowego PL 225185 B1, metastabilnościowy generator losowy zawierający szereg multiwibratorów, których wejścia zegarowe są połączone i dołączone do pierwszego wejścia generatora oraz wejścia danych są połączone i wejście danych pierwszego multiwibratora w szeregu dołączone jest do drugiego wejścia generatora. Generator ma układy opóźniające włączone pomiędzy wybranymi wejściami danych multiwibratorów oraz co najmniej jeden arbiter dołączony do co najmniej dwóch wybranych wyjść multiwibratorów. Do wyjść arbitrów dołączone są wejścia układu wyjściowego.

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.

Znany jest z opisu patentowego PL 224925 B1, arbiter zawierający dwa przerzutniki. Pierwsze wejście arbitra jest dołączone jednocześnie do wejścia danych pierwszego przerzutnika i wejścia zegarowego drugiego przerzutnika. Drugie wejście arbitra jest dołączone jednocześnie do wejścia danych drugiego przerzutnika i do wejścia zegarowego pierwszego przerzutnika. Wejścia wymuszające przerzutników są dołączone do wejścia sterującego arbitra. Wyjścia przerzutników są wyjściami arbitra.

Z tego samego patentu znany jest w technice arbiter, w którym wyjścia przerzutników połączone są z wyjściami arbitra poprzez filtr metastabilności, który zawiera przynajmniej jeden przerzutnik.

Z tego samego patentu znany jest w technice arbiter, w którym wyjścia przerzutników połączone są z wyjściami arbitra poprzez układ korekcji losowości, który zawiera przynajmniej jeden przerzutnik.

Z tego samego patentu znany jest w technice arbiter, w którym wyjścia przerzutników połączone są z wyjściami arbitra poprzez filtr metastabilności, a wyjścia filtru metastabilności połączone są z wyjściami arbitra poprzez układ korekcji losowości. Zarówno filtr metastabilności jak i układ korekcji losowości zawierają przynajmniej jeden przerzutnik.

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

Istota wynalazku polega na tym, że metastabilnościowy generator losowy zawierający zespół generacji metastabilnościowych interwałów czasowych o co najmniej dwóch wyjściach oraz zespół arbitrów o przynajmniej dwóch wejściach dołączonych do wyjść zespołu generacji metastabilnościowych interwałów czasowych, zapewniający sygnał wyjściowy generatora, zgodnie z wynalazkiem cechuje się tym, że przynajmniej jeden zespół stanowi zespół z regulowaną szybkością i jest wyposażony w przynajmniej jedno wejście regulacji szybkości, do którego dołączony jest układ regulacji szybkości. Takie rozwiązanie umożliwia dopasowanie szybkości jednego zespołu względem drugiego.

Korzystnie, zespół generacji metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością posiada regulację szybkości przynajmniej jednego wyjścia a ponadto posiada przynajmniej jedno wejście regulujące tę szybkość. Takie rozwiązanie umożliwia kompensację różnic w działaniu różnych wyjść interwałów oraz adaptację warunków generacji zespołu do zmieniających się warunków otoczenia lub ataków.

Metastabilnościowy generator losowy korzystnie posiada układ dopasowania szybkości, którego przynajmniej jedno wyjście jest dołączone do przynajmniej jednego wejścia regulacji zespołu generacji metastabilnościowych interwałów czasowych. Układ dopasowania szybkości pozwala na kompensację różnic w działaniu multiwibratorów.

Metastabilnościowy generator losowy korzystnie posiada układ sterowania szybkością, którego przynajmniej jedno wyjście sterowania szybkością generacji jest dołączone do przynajmniej jednego

PL 241 527 B1 wejścia regulacji szybkości zespołu generacji metastabilnościowych interwałów czasowych. Układ sterowania szybkością pozwala na określenie zmieniających się warunków i wykrywanie ataków na system, w którym metastabilnościowy generator losowy według wynalazku jest stosowany.

Korzystnie, układ sterowania szybkością dołączony jest do zespołu generacji metastabilnościowych interwałów czasowych poprzez regulowany układ dopasowania szybkości, którego przynajmniej jedno wyjście jest dołączone do przynajmniej jednego wejścia regulacji szybkości zespołu generacji metastabilnościowych interwałów czasowych, zaś przynajmniej jedno wejście regulowanego układu dopasowania szybkości dołączone jest do przynajmniej jednego wyjścia sterowania szybkością generacji układu sterowania szybkością. Takie rozwiązanie pozwala na jednoczesną realizację k ompensowania i dopasowywania poszczególnych układów.

Korzystnie, zespół generacji metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością zawiera co najmniej dwa multiwibratory, których wyjścia są dołączone do wyjść generatora, a wejścia są dołączone do wejść generatora, a ponadto przynajmniej jeden multiwibrator jest multiwibratorem z regulowaną szybkością (MRS1, MRS2), którego wejście regulacji szybkości dołączone jest do wejścia regulującego szybkość zespołu generacji metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością.

Korzystnie, zespół generacji metastabilnościowych interwałów czasowych zawiera szereg multiwibratorów, których wejścia zegarowe są połączone, i wejścia danych są połączone, a pomiędzy wejściami przynajmniej dwóch multiwibratorów jest włączony układ opóźniający, zaś przynajmniej jeden multiwibrator jest multiwibratorem z regulowaną szybkością.

Korzystnie, przynajmniej jeden multiwibrator z regulowaną szybkością stanowi multiwibrator napięciowy, którego obwód zasilający dołączony jest do wejścia regulacji szybkości multiwibratora. Takie rozwiązanie pozwala na sterowanie szybkością przez wartość napięcia zasilania bramek napięciowych.

Korzystnie, przynajmniej jeden multiwibrator z regulowaną szybkością stanowi multiwibrator prądowy z regulowanym źródłem prądowym, które dołączone jest do wejścia regulacji szybkości (RS) multiwibratora. Takie rozwiązanie pozwala na sterowanie szybkością przez wartość prądu zasilania bramek prądowych.

W zespole arbitrów korzystnie przynajmniej jeden arbiter jest arbitrem z regulowaną szybkością a zespół arbitrów posiada przynajmniej jedno wejście regulacji szybkości arbitrażu dołączone do przynajmniej jednego wejścia przynajmniej jednego arbitra z regulowaną szybkością. Takie rozwiązanie pozwala na dopasowanie szybkości arbitra względem układu go poprzedzającego.

Korzystnie, metastabilnościowy generator losowy posiada układ sterowania szybkością, którego przynajmniej jedno wyjście sterowania szybkością arbitrażu dołączone jest do przynajmniej jednego wejścia regulacji szybkości arbitrażu. Układ sterowania szybkością pozwala na określenie zmieniających się warunków i wykrywanie ataków na system, w którym metastabilnościowy generator losowy według wynalazku jest stosowany.

Korzystnie, przynajmniej jeden arbiter z regulowaną szybkością zawiera dwa przerzutniki, a pierwsze wejście arbitra jest dołączone jednocześnie do wejścia danych pierwszego przerzutnika i wejścia zegarowego drugiego przerzutnika, drugie wejście arbitra jest dołączone jednocześnie do wejścia danych drugiego przerzutnika i do wejścia zegarowego pierwszego przerzutnika, natomiast wejście sterujące arbitra dołączone jest do wejść wymuszających przerzutników, a wyjścia arbitra dołączone są do wyjść przerzutników przy czym przynajmniej jeden przerzutnik jest przerzutnikiem z regulowaną szybkością i jest połączony z wejściem regulacji szybkości arbitra z regulowaną szybkością.

Korzystnie, wyjścia przynajmniej jednego arbitra (ARS) dołączone są do wyjść przerzutników poprzez filtr metastabilności, który zawiera przynajmniej jeden przerzutnik z regulowaną szybkością.

Korzystnie, przynajmniej jeden arbiter jest na wyjściu zaopatrzony w układ korekcji losowości, który zawiera przynajmniej jeden przerzutnik z regulowaną szybkością.

Korzystnie, przynajmniej jeden przerzutnik z regulowaną szybkością stanowi przerzutnik napięciowy, którego obwód zasilający dołączony jest do wejścia regulacji szybkości przerzutnika. Takie rozwiązanie pozwala na sterowanie szybkością przez wartość napięcia zasilania bramek napięciowych.

Korzystnie, przynajmniej jeden przerzutnik z regulowaną szybkością stanowi przerzutnik prądowy z regulowanym źródłem prądowym, które dołączone jest do wejścia regulacji szybkości przerzutnika. Takie rozwiązanie pozwala na sterowanie szybkością przez wartość prądu zasilania bramek prądowych.

Układ sterowania szybkością korzystnie posiada przynajmniej jedno wejście dołączone do przynajmniej jednego wyjścia metastabilnościowego generatora losowego. Takie rozwiązanie pozwala układowi sterowania szybkością na kontrolę jakości generowanych liczb.

PL 241 527 B1

Wynalazek umożliwia wzajemne dopasowanie właściwości statystycznych generowanych interwałów czasowych, umożliwia jednoczesną regulację szybkości wszystkich wyjść zespołu generacji metastabilnościowych interwałów czasowych i regulację szybkości arbitrów i poszczególnych stopni arbitrów oraz umożliwia jednocześnie wzajemne dopasowanie właściwości statystycznych generowanych interwałów czasowych i wzajemne dopasowanie szybkości zespołu generacji 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 zespół generacji metastabilnościowych interwałów czasowych z dołączonym układem dopasowania szybkości, fig. 2 przedstawia schemat blokowy metastabilnościowego generatora losowego zawierający zespół arbitrów z układem wyjściowym oraz zespół generacji metastabilnościowych interwałów czasowych z dołączonym układem dopasowania szybkości, fig. 3 przedstawia schemat blokowy metastabilnościowego generatora losowego zawierający zespół generacji metastabilnościowych interwałów czasowych i pojedynczy arbiter z dołączonym układem sterowania szybkością, fig. 4 przedstawia schemat blokowy metastabilnościowego generatora losowego zawierający zespół arbitrów z układem wyjściowym i zespół generacji metastabilnościowych interwałów czasowych z dołączonym układem sterowania szybkością dołączonym do zespołu arbitrów i zespołu generacji metastabilnościowych interwałów czasowych, fig. 5 przedstawia schemat blokowy metastabilnościowego generatora losowego zawierający pojedynczy arbiter i zespół generacji metastabilnościowych interwałów czasowych z dołączonym układem dopasowania szybkości oraz regulowanym układem sterowania szybkością, fig. 6 przedstawia schemat blokowy metastabilnościowego generatora losowego zawierający zespół arbitrów z układem wyjściowym i zespół generacji metastabilnościowych interwałów czasowych z dołączonym regulowanym układem dopasowania szybkości oraz układem sterowania szybkością, fig. 7 przedstawia schemat blokowy metastabilnościowego generatora losowego zawierający zespół generacji metastabilnościowych interwałów czasowych zbudowany z multiwibratorów z dołączonym regulowanym układem dopasowania multiwibratorów, fig. 8 przedstawia schemat blokowy metastabilnościowego generatora losowego zawierający zespół generacji metastabilnościowych interwałów czasowych zbudowany z multiwibratorów oraz układ sterowania szybkością podłączony do arbitrów, fig. 9 przedstawia schemat blokowy metastabilnościowego generatora losowego zawierający zespół generacji metastabilnościowych interwałów czasowych zbudowany z multiwibratorów oraz układ sterowania szybkością podłączony do arbitrów i multiwibratorów, fig. 10 przedstawia schemat blokowy metastabilnościowego generatora losowego zawierający zespół generacji metastabilnościowych interwałów czasowych zbudowany z multiwibratorów oraz regulowany układ dopasowania multiwibratorów i układ sterowania szybkością, fig. 11 przedstawia schemat blokowy metastabilnościowego generatora losowego zawierający zespół generacji metastabilnościowych interwałów czasowych zbudowany z multiwibratorów, regulowany układ dopasowania multiwibratorów oraz układ sterowania szybkością dołączony do wyjść generatora, fig. 12 przedstawia schemat blokowy zespołu generacji metastabilnościowych interwałów czasowych z indywidualną regulacją szybkości multiwibratorów, fig. 13 przedstawia schemat blokowy zespołu generacji metastabilnościowych interwałów czasowych ze wspólną regulacją szybkości multiwibratorów, fig. 14 przedstawia schemat blokowy napięciowego multiwibratora z regulowaną szybkością, fig. 15 przedstawia schemat blokowy prądowego multiwibratora z regulowaną szybkością, fig. 16 przedstawia schemat blokowy jednostopniowego arbitra z regulowaną szybkością, fig. 17 przedstawia schemat blokowy arbitra z regulowaną szybkością z filtrem metastabilności, fig. 18 przedstawia schemat blokowy arbitra z regulowaną szybkością z układem korekcji losowości, fig. 19 przedstawia schemat blokowy arbitra z regulowaną szybkością z filtrem metastabilności i układem korekcji losowości, fig. 20 przedstawia schemat blokowy napięciowego przerzutnika z regulowaną szybkością, a fig. 21 - schemat blokowy prądowego przerzutnika z regulowaną szybkością.

Metastabilnościowy generator losowy przedstawiony na fig. 1 zawiera zespół generacji metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS o dwóch wyjściach Ta i Tb, do których dołączony jest zespół arbitrów, który stanowi jeden arbiter A o dwóch wyjściach LL i PLL, które są jednocześnie wyjściami metastabilnościowego generatora losowego. Zespół generacji metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS posiada dwa wejścia regulacji szybkości RSa i RSb, które są dołączone do dwóch wyjść DSa i DSb układu dopasowania szybkości UDS.

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

PL 241 527 B1 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 zespół generacji metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS’ o pięciu wyjściach T1, T2, T3, T4 i T5, do których dołączony jest zespół arbitrów A’ zbudowany z trzech arbitrów A1, A2 i A3 w ten sposób, że pierwszy arbiter A1 dołączony jest do pierwszego wyjścia T1 i do drugiego wyjścia T2 zespołu generacji metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS, drugi arbiter A2 dołączony jest do drugiego wyjścia T2 i do trzeciego wyjścia T3 zespołu generacji metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS’, a trzeci arbiter A3 dołączony jest do czwartego wyjścia T4 i do piątego wyjścia T5 zespołu generacji metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS’. Każdy 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. Zespół generacji 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’.

Zespół generacji metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS’ generuje pięć sygnałów będących wynikiem wyjścia multiwibratorów ze stanów metasta bilnych. 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 zespołu generacji metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością, które pozwalają uzyskać najlepsze właściwości statystyczne.

Metastabilnościowy generator losowy przedstawiony na fig. 3 zawiera zespół generacji metastabilnościowych interwałów czasowych GMIC o dwóch wyjściach Ta i Tb, do których dołączony zespół arbitrów z regulowaną szybkością, który stanowi 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.

Zespół generacji 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 zespołu generacji 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 zespół generacji metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS’ o pięciu wyjściach T1, T2, T3, T4 i T5, do których dołączony jest zespół arbitrów z regulowaną szybkością ARS’ zbudowany z trzech arbitrów, z których dwa są arbitrami z regulowaną szybkością ARS1, ARS2. Pierwszy arbiter z regulowaną szybkością ARS1 dołączony jest do pierwszego wyjścia T1 i do drugiego wyjścia T2 zespołu generacji metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS’, drugi arbiter z regulowaną szybkością ARS2 dołączony jest do drugiego wyjścia T2 i do trzeciego wyjścia T3 zespołu generacji metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS’, a arbiter A3 dołączony jest do czwartego wyjścia T4 i do piątego wyjścia T5 zespołu generacji metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS’. Każdy z arbitrów z regulowaną szybkością posiada parę pojedynczych wyjść. Pary pojedynczych wyjść wszystkich trzech arbitrów dołączone są do trzech par pojedynczych wejść układu wyjściowego UK, który posiada dwa wyjścia

PL 241 527 B1

LL’ i PLL’, które są jednocześnie wyjściami metastabilnościowego generatora losowego. Zespół generacji 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 i ARS2 posiadają wejścia regulacji szybkości arbitrów RSA1 i RSA2, które są dołączone do wyjścia sterowania szybkością arbitrażu SSA’ układu sterowania szybkością USS’.

Zespół generacji metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS’ generuje pięć sygnałów będących wynikiem wyjścia multiwibratorów ze stanów metastabilnych. Arbitry ARS1, ARS2 i A3 pełnią rolę detektorów pierwszeństwa nadejścia dwóch sygnałów, które zostały dołączone do ich wejść. Regulacja szybkości zespołu generacji metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS' oraz arbitrów z regulowaną szybkością ARS1 i ARS2 pozwala na dopasowywanie tych układów względem siebie oraz względem arbitra A3. 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 zespół generacji metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS o dwóch wyjściach Ta i Tb, do których dołączony jest zespół arbitrów z regulowaną szybkością, który stanowi jeden arbiter z regulowaną szybkością ARS’ o dwóch wyjściach LL i PLL, które są jednocześnie wyjściami metastabilnościowego generatora losowego. Zespół generacji 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 dwa wejścia regulacji szybkości arbitra RSAa i RSAb, które są dołączone do dwóch wyjść sterowania szybkością arbitrażu SSAa i SSAb układu sterowania szybkością USS.

Zespół generacji 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 zespołu generacji 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 zespołu generacji 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’. Dołączenie dwóch sygnałów regulacji szybkości RSAa i RSAb do arbitra z regulowaną szybkością pozwala na lepszą regulację szybkości poprzez regulację szybkości poszczególnych stopnie arbitra ARS. Wzajemna regulacja szybkości zespołu generacji metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS oraz kolejnych stopni 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.

Metastabilnościowy generator losowy przedstawiony na fig. 6 zawiera zespół generacji metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS’ o pięciu wyjściach T1, T2, T3, T4 i T5, do których dołączony jest zespół arbitrów z regulowaną szybkością ARS’ zbudowany z trzech

PL 241 527 B1 arbitrów 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 zespołu generacji metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS’, drugi arbiter z regulowaną szybkością ARS2 dołączony jest do drugiego wyjścia T2 i do trzeciego wyjścia T3 zespołu generacji 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 zespołu generacji 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. Zespół generacji 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’.

Zespół generacji 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 zespołu generacji 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 zespołu generacji metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością, które pozwalają uzyskać najlepsze właściwości statystyczne. Natomiast regulacja szybkości całego zespołu generacji 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 zespołu generacji 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.

Metastabilnościowy generator losowy przedstawiony na fig. 7 zawiera zespół generacji metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS’ zbudowany z szeregu sześciu multiwibratorów z regulowaną szybkością MRS1, MRS2, MRS3, MRS4, MRS5 i MRS6 w postaci przerzutników typu „D”, których wejścia zegarowe C1, C2, C3, C4, C5 i C6 są ze sobą połączone i dołączone do pierwszego wejścia generatora I1, oraz których wejścia danych D1, D2, D3, D4, D5 i D6 są ze sobą połączone poprzez układy opóźniające U1, U2, U3, U4 i U5, a wejście danych D1 pierwszego multiwibratora z regulowaną szybkością MRS1 w szeregu dołączone jest do drugiego wejścia generatora I2. Do wyjść sześciu multiwibratorów z regulowaną szybkością Q1, Q2, Q3, Q4, Q5 i Q6 dołączone są wejścia zespołu arbitrów A’ zbudowanego z pięciu arbitrów A1, A2, A3, A4 i A5, tak że pierwszy arbiter A1 dołączony jest do wyjścia danych Q1 pierwszego multiwibratora z regulowaną szybkością MRS1 i wyjścia danych Q2 drugiego multiwibratora z regulowaną szybkością MRS2, drugi arbiter A2 dołączony jest do wyjścia danych Q2 drugiego multiwibratora z regulowaną szybkością MRS2 i wyjścia danych Q3 trzeciego multiwibratora z regulowaną szybkością MRS3, trzeci arbiter A3 dołączony jest do wyjścia danych Q3 trzeciego multiwibratora z regulowaną szybkością MRS3 i wyjścia danych Q4 czwartego multiwibratora z regulowaną szybkością MRS4, czwarty arbiter A4 dołączony jest do wyjścia danych Q4

PL 241 527 B1 czwartego multiwibratora z regulowaną szybkością MRS4 i wyjścia danych Q5 piątego multiwibratora z regulowaną szybkością MRS5, a piąty arbiter A5 dołączony jest do wyjścia danych Q5 piątego multiwibratora z regulowaną szybkością MRS5 i wyjścia danych Q6 szóstego multiwibratora z regulowaną szybkością MRS6. Każdy z multiwibratorów MRS1, MRS2, MRS3, MRS4, MRS5 i MRS6 posiada wejście regulacji szybkości RS1, RS2, RS3, RS4, RS5 i RS6, a wejścia te są dołączone kolejno do wyjść dopasowania szybkości DS1, DS2, DS3, DS4, DS5 i DS6 układu dopasowania multiwibratorów UDM. Każdy z arbitrów A1, A2, A3, A4 i A5 posiada parę pojedynczych wyjść. Pary pojedynczych wyjść pięciu arbitrów dołączone są do pięciu par pojedynczych wejść układu wyjściowego UK, który posiada dwa wyjścia LL i PLL, które są jednocześnie metastabilnościowego generatora losowego.

Opóźnienia układów opóźniających są niewielkie i przeważnie dobierane tak, aby niektóre z przerzutników w środku szeregu pracowały w otoczeniu metastabilności. Arbitry pełnią rolę detektorów pierwszeństwa nadejścia dwóch sygnałów, które zostały dołączone do ich wejść. Pierwsze wyjścia arbitrów są informacjami, o tym który sygnał nadszedł wcześniej - jednocześnie jest to wyjście binarnej liczby losowej. Drugie wyjścia arbitrów niosą informację o poprawności liczb losowych na pierwszych wyjściach arbitrów. Układ wyjściowy UK zbiera pojedyncze liczby losowe arbitrów i wystawia na wyjściu LL wynik operacji na tych liczbach. Na drugim wyjściu PLL układ wyjściowy UK wystawia informację o poprawności danych na pierwszym wyjściu. Regulacja szybkości układem 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 odpowiednie multiwibratory w szeregu pracowały w otoczeniu zakresu metastabilnego w celu uzyskania najlepszych właściwości statystycznych.

Metastabilnościowy generator losowy przedstawiony na fig. 8 zawiera zespół generacji metastabilnościowych interwałów czasowych GMIC’ zbudowany z szeregu sześciu multiwibratorów M1, M2, M3, M4, M5 i M6 w postaci przerzutników typu „D”, których wejścia zegarowe C1, C2, C3, C4, C5 i C6 są ze sobą połączone i dołączone do pierwszego wejścia generatora I1, oraz których wejścia danych D1, D2, D3, D4, D5 i D6 są ze sobą połączone poprzez układy opóźniające U1, U2, U3, U4 i U5, a wejście danych D1 pierwszego multiwibratora M1 w szeregu dołączone jest do drugiego wejścia generatora I2. Do wyjść sześciu multiwibratorów Q1, Q2, Q3, Q4, Q5 i Q6 dołączone są wejścia zespołu arbitrów z regulowaną szybkością ARS’ zbudowanego z pięciu arbitrów z regulowaną szybkością ARS1, ARS2, ARS3, ARS4 i ARS5, tak że pierwszy arbiter z regulowaną szybkością ARS1 dołączony jest do wyjścia danych Q1 pierwszego multiwibratora M1 i wyjścia danych Q2 drugiego multiwibratora M2, drugi arbiter z regulowaną szybkością ARS2 dołączony jest do wyjścia danych Q2 drugiego multiwibratora M2 i wyjścia danych Q3 trzeciego multiwibratora M3, trzeci arbiter z regulowaną szybkością ARS3 dołączony jest do wyjścia danych Q3 trzeciego multiwibratora M3 i wyjścia danych Q4 czwartego multiwibratora M4, czwarty arbiter z regulowaną szybkością ARS4 dołączony jest do wyjścia danych Q4 czwartego multiwibratora M4 i wyjścia danych Q5 piątego multiwibratora M5, a piąty arbiter z regulowaną szybkością ARS5 dołączony jest do wyjścia danych Q5 piątego multiwibratora M5 i wyjścia danych Q6 szóstego multiwibratora M6. Arbitry z regulowaną szybkością ARS1, ARS2, ARS3, ARS4 i ARS5 posiadają wejścia regulacji szybkości arbitrów RSA1, RSA2, RSA3, RSA4 i RSA5, które są dołączone do wyjścia sterowania szybkością arbitrażu SSA układu sterowania szybkością USS. Każdy z arbitrów z regulowaną szybkością ARS1, ARS2, ARS3, ARS4 i ARS5 posiada parę pojedynczych wyjść, które dołączone są do pięciu par pojedynczych wejść układu wyjściowego UK. Układ wyjściowy UK posiada dwa wyjścia LL i PLL, które są jednocześnie wyjściami metastabilnościowego generatora losowego.

Regulacja szybkości arbitrów z regulowaną szybkością ARS1, ARS2, ARS3, ARS4 i ARS5 pozwala na dopasowywanie ich względem multiwibratorów i układu wyjściowego UK. 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. 9 zawiera zespół generacji metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS’ zbudowany z szeregu sześciu multiwibratorów M1, M2, M3, MRS4, MRS5 i MRS6 w postaci przerzutników typu „D”, z których trzy są multiwibratorami z regulowaną szybkością MRS4, MRS5 i MRS6. Wejścia zegarowe C1, C2, C3, C4, C5 i C6 wszystkich sześciu multiwibratorów M1, M2, M3, MRS4, MRS5 i MRS6 są ze sobą połączone

PL 241 527 B1 i dołączone do pierwszego wejścia generatora I1, natomiast wejścia danych D1, D2, D3, D4, D5 i D6 są ze sobą połączone poprzez układy opóźniające U1, U2, U3, U4 i U5, a wejście danych D1 pierwszego multiwibratora M1 w szeregu dołączone jest do drugiego wejścia generatora I2. Do wyjść wszystkich sześciu multiwibratorów Q1, Q2, Q3, Q4, Q5 i Q6 dołączone są wejścia zespołu arbitrów z regulowaną szybkością ARS’ zbudowanego z pięciu arbitrów z regulowaną szybkością ARS1, ARS2, ARS3, ARS4 i ARS5, tak że pierwszy arbiter z regulowaną szybkością ARS1 dołączony jest do wyjścia danych Q1 pierwszego multiwibratora M1 i wyjścia danych Q2 drugiego multiwibratora M2, drugi arbiter z regulowaną szybkością ARS2 dołączony jest do wyjścia danych Q2 drugiego multiwibratora M2 i wyjścia danych Q3 trzeciego multiwibratora M3, trzeci arbiter z regulowaną szybkością ARS3 dołączony jest do wyjścia danych Q3 trzeciego multiwibratora M3 i wyjścia danych Q4 czwartego multiwibratora MRS4, czwarty arbiter z regulowaną szybkością ARS4 dołączony jest do wyjścia danych Q4 czwartego multiwibratora MRS4 i wyjścia danych Q5 piątego multiwibratora MRS5, a piąty arbiter z regulowaną szybkością ARS5 dołączony jest do wyjścia danych Q5 piątego multiwibratora MRS5 i wyjścia danych Q6 szóstego multiwibratora MRS6. Każdy z multiwibratorów z regulowaną szybkością MRS4, MRS5 i MRS6 posiada wejście regulacji szybkości RS4, RS5 i RS6, a wejścia te są dołączone do wyjścia sterowania szybkością multiwibratorów SSM układu sterowania szybkością USS. Arbitry z regulowaną szybkością ARS1, ARS2, ARS3, ARS4 i ARS5 posiadają wejścia regulacji szybkości arbitrów RSA1, RSA2, RSA3, RSA4 i RSA5, które są dołączone do wyjścia sterowania szybkością arbitrażu SSA układu sterowania szybkością USS. Każdy z arbitrów z regulowaną szybkością ARS1, ARS2, ARS3, ARS4 i ARS5 posiada parę pojedynczych wyjść, które dołączone są do pięciu par pojedynczych wejść układu wyjściowego UK. Układ wyjściowy UK posiada dwa wyjścia LL i PLL, które są jednocześnie wyjściami metastabilnościowego generatora losowego.

Regulacja szybkości multiwibratorów z regulowaną szybkością MRS4, MRS5 i MRS6 pozwala na zmianę szybkości tylko części multiwibratorów w szeregu wszystkich multiwibratorów M1, M2, M3, MRS4, MRS5 i MRS6. Dodatkowo regulacja szybkości arbitrów z regulowaną szybkością ARS1, ARS2, ARS3, ARS4 i ARS5 pozwala na dopasowywanie tych układów względem siebie oraz względem układu wyjściowego UK. 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. 10 zawiera zespół generacji metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością GMICRS’ zbudowany z szeregu sześciu multiwibratorów z regulowaną szybkością MRS1, MRS2, MRS3, MRS4, MRS5 i MRS6 w postaci przerzutników typu „D”, których wejścia zegarowe C1, C2, C3, C4, C5 i C6 są ze sobą połączone i dołączone do pierwszego wejścia generatora I1, oraz których wejścia danych D1, D2, D3, D4, D5 i D6 są ze sobą połączone poprzez układy opóźniające U1, U2, U3, U4 i U5, a wejście danych D1 pierwszego multiwibratora z regulowaną szybkością MRS1 w szeregu dołączone jest do drugiego wejścia generatora I2. Do wyjść sześciu multiwibratorów z regulowaną szybkością Q1, Q2, Q3, Q4, Q5 i Q6 dołączone są wejścia zespołu arbitrów z regulowaną szybkością ARS’ zbudowanego z pięciu arbitrów z regulowaną szybkością ARS1, ARS2, ARS3, ARS4 i ARS5, tak że pierwszy arbiter z regulowaną szybkością ARS1 dołączony jest do wyjścia danych Q1 pierwszego multiwibratora z regulowaną szybkością MRS1 i wyjścia danych Q2 drugiego multiwibratora z regulowaną szybkością MRS2, drugi arbiter z regulowaną szybkością ARS2 dołączony jest do wyjścia danych Q2 drugiego multiwibratora z regulowaną szybkością MRS2 i wyjścia danych Q3 trzeciego multiwibratora z regulowaną szybkością MRS3, trzeci arbiter z regulowaną szybkością ARS3 dołączony jest do wyjścia danych Q3 trzeciego multiwibratora z regulowaną szybkością MRS3 i wyjścia danych Q4 czwartego multiwibratora z regulowaną szybkością MRS4, czwarty arbiter z regulowaną szybkością ARS4 dołączony jest do wyjścia danych Q4 czwartego multiwibratora z regulowaną szybkością MRS4 i wyjścia danych Q5 piątego multiwibratora z regulowaną szybkością MRS5, a piąty arbiter z regulowaną szybkością ARS5 dołączony jest do wyjścia danych Q5 piątego multiwibratora z regulowaną szybkością MRS5 i wyjścia danych Q6 szóstego multiwibratora z regulowaną szybkością MRS6. Każdy z multiwibratorów MRS1, MRS2, MRS3, MRS4, MRS5 i MRS6 posiada wejście regulacji szybkości RS1, RS2, RS3, RS4, RS5 i RS6, a wejścia te są dołączone kolejno do wyjść dopasowania szybkości DS1, DS2, DS3, DS4, DS5 i DS6 regulowanego układu dopasowania

PL 241 527 B1 multiwibratorów RUDM. Regulowany układ dopasowania multiwibratorów RUDM posiada wejście regulacji szybkości multiwibratorów RSM dołączone do wyjścia sterowania szybkością multiwibratorów SSM układu sterowania szybkością USS. Arbitry z regulowaną szybkością ARS1, ARS2, ARS3, ARS4 i ARS5 posiadają wejścia regulacji szybkości arbitrów RSA1, RSA2, RSA3, RSA4 i RSA5, które są dołączone do wyjścia sterowania szybkością arbitrażu SSA układu sterowania szybkością USS. Każdy z arbitrów z regulowaną szybkością ARS1, ARS2, ARS3, ARS4 i ARS5 posiada parę pojedynczych wyjść, które dołączone są do pięciu par pojedynczych wejść układu wyjściowego UK. Układ wyjściowy UK posiada dwa wyjścia LL i PLL, które są jednocześnie wyjściami metastabilnościowego generatora losowego.

Regulacja szybkości regulowanym układem dopasowania multiwibratorów RUDM 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 odpowiednie multiwibratory w szeregu pracowały w otoczeniu zakresu metastabilnego w celu uzyskania najlepszych właściwości statystycznych. Natomiast regulacja szybkości wielu multiwibratorów, odbywa się na podstawie sygnału dostarczanego do wejścia regulacji szybkości multiwibratorów RSM. Wzajemna regulacja szybkości multiwibratorów oraz arbitrów 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. 11 ma budowę taką jak układ z fig. 10, z tą różnicą że wyjścia LL i PLL układu wyjściowego UK dołączone są do wejść WLL i WPLL układu sterowania szybkością USS.

Dzięki dołączeniu wyjść układu wyjściowego do wejść układu sterowania szybkością USS, układ ten może dodatkowo analizować 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.

Zespół generacji metastabilnościowych interwałów czasowych przedstawiony na fig. 12 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 zespołu generacji GMICRS. Wejścia zegarowe przerzutników C1 i C2 są ze sobą zwarte i dołączone do drugiego wejścia I2 zespołu generacji GMICRS. Wyjście danych Q1 pierwszego przerzutnika MRS1 jest dołączone do pierwszego wyjścia Q1 zespołu generacji. Wyjście danych Q2 drugiego przerzutnika MRS2 jest dołączone do drugiego wyjścia O2 zespołu generacji GMICRS. Zespół generacji GMICRS zawiera także dwa wejścia dopasowania multiwibratorów, z których pierwsze wejście RS1’ dołączone jest do wejścia regulacji szybkości RS1 pierwszego multiwibratora MRS1, a drugie wejście RS2’ 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.

Zespół generacji metastabilnościowych interwałów czasowych przedstawiony na fig. 13 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 zespołu generacji GMICRS. Wejścia zegarowe przerzutników C1 i C2 są ze sobą zwarte i dołączone do drugiego wejścia I2 zespołu generacji GMICRS. Wyjście danych Q1 pierwszego przerzutnika MRS1 jest dołączone do pierwszego wyjścia O1 zespołu generacji GMICRS. Wyjście danych Q2 drugiego przerzutnika MRS2 jest dołączone do drugiego wyjścia O2 ze

PL 241 527 B1 społu generacji GMICRS. Zespół generacji GMICRS posiada wejście regulacji szybkości RS, które dołączone jest jednocześnie do wejścia regulacji szybkości RS1 pierwszego multiwibratora MRS1 i do wejścia regulacji szybkości RS2 drugiego multiwibratora MRS2.

Regulacja szybkości całego zespołu generacji pozwala na dopasowywanie względem układu dołączanego do wyjść zespołu generacji. 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.

Napięciowy multiwibrator z regulowaną szybkością przedstawiony na fig. 14, wchodzący w skład zespołu generacji metastabilnościowych interwałów czasowych, stanowi napięciowy multiwibrator NM o dwóch wejściach D’ i C’ dołączonych do wejść D i C multiwibratora z regulowaną szybkością MRS i wyjściu Q’ 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. 15, wchodzący w skład zespołu generacji metastabilnościowych interwałów czasowych, stanowi regulowane źródło prądowe ISS oraz dołączona do niego część logiczna multiwibratora LM o dwóch wejściach D’ i C’ dołączonych do wejść D i C multiwibratora z regulowaną szybkością MRS i wyjściu Q’ 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, większa wartość prądu oznacza szybszą pracę. Źródła prądowe wykonane w postaci luster prądowych pozwalają na łatwe sterowanie całym szeregiem źródeł prądowych jednocześnie.

Arbiter z regulowaną szybkością przedstawiony na fig. 16 zawiera dwa przerzutniki z regulowaną szybkością w postaci przerzutników typu „D” PRS1 i PRS2, każdy o jednym wejściu danych D1 i D2, jednym wyjściu danych Q1 i Q2, jednym wejściu zegarowym C1 i C2, jednym asynchronicznym wejściu zerującym R1 i R2 oraz jednym wejściu regulacji szybkości RS1 i RS2. Pierwsze wejście I1 arbitra A jest dołączone jednocześnie do wejścia danych D1 pierwszego przerzutnika z regulowaną szybkością PRS1 i do wejścia zegarowego C2 drugiego przerzutnika z regulowaną szybkością PRS2, a drugie wejście I2 arbitra z regulowaną szybkością ARS jest dołączone jednocześnie do wejścia danych D2 drugiego przerzutnika z regulowaną szybkością P2 i do wejścia zegarowego C1 pierwszego przerzutnika z regulowaną szybkością P1. Wyjścia przerzutników z regulowaną szybkością Q1 i Q2 dołączone są do wyjść arbitra O1 i O2. Wejście sterujące arbitra WA dołączone jest do asynchronicznych wejść zerujących R1 i R2 obydwu przerzutników z regulowaną szybkością PRS1 i PRS2. Arbiter z regulowaną szybkością ARS posiada także wejście regulacji szybkości RSA dołączone jednocześnie do wejść regulacji szybkości RS1 i RS2 obydwu przerzutników z regulowaną szybkością PRS1 i PRS2.

Regulacja szybkości przerzutników PRS1 i PRS2, które stanowią pierwszy stopień arbitra pozwala na dopasowywanie arbitra względem układu dołączanego do jego wejść I1 i I2. 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.

Arbiter z regulowaną szybkością przedstawiony na fig. 17 zawiera dwa przerzutniki z regulowaną szybkością w postaci przerzutników typu „D” PRS1 i PRS2, każdy o jednym wejściu danych D1 i D2, jednym wyjściu danych Q1 i Q2, jednym wejściu zegarowym C1 i C2, jednym asynchronicznym wejściu zerującym R1 i R2 oraz jednym wejściu regulacji szybkości RS1 i RS2. Do wejść danych D1 i D2 i do wejść zegarowych C1 i C2 dołączone są układy opóźniające OP1, OP2, OP3, OP4, tak że do wejścia danych D1 pierwszego przerzutnika z regulowaną szybkością PRS1 dołączone jest wyjście pierwszego

PL 241 527 B1 układu opóźniającego OP1, do wejścia zegarowego C1 pierwszego przerzutnika z regulowaną szybkością PRS1 dołączone jest wyjście drugiego układu opóźniającego OP2, do wejścia danych D2 drugiego przerzutnika z regulowaną szybkością PRS2 dołączone jest wyjście trzeciego układu opóźniającego OP3, a do wejścia zegarowego C2 drugiego przerzutnika z regulowaną szybkością PRS2 dołączone jest wyjście czwartego układu opóźniającego OP4. Pierwsze wejście I1 arbitra z regulowaną szybkością ARS jest dołączone jednocześnie do wejścia pierwszego układu opóźniającego OP1 i do wejścia czwartego układu opóźniającego OP4, a drugie wejście I2 arbitra z regulowaną szybkością ARS jest dołączone jednocześnie do wejścia drugiego układu opóźniającego OP2 i do wejścia trzeciego układu opóźniającego OP3. Wejście sterujące arbitra WA dołączone jest do asynchronicznych wejść zerujących R1 i R2 obydwu przerzutników z regulowaną szybkością PRS1 i PRS2. Arbiter z regulowaną szybkością ARS posiada także dwa wejścia sterowania szybkością RSA i RSA’, z których pierwsze RSA dołączone jest jednocześnie do wejść regulacji szybkości RS1 i RS2 obydwu przerzutników z regulowaną szybkością PRS1 i PRS2. Wyjścia przerzutników Q1 i Q2 dołączone są do wejść FI1 i FI2 filtru metastabilności FM, a wyjścia FO1 i FO2 filtru metastabilności FM dołączone są do wyjść arbitra O1 i O2. Filtr metastabilności FM zawiera dwa przerzutniki z regulowaną szybkością w postaci przerzutników typu „D” PRS3 i PRS4, każdy o jednym wejściu danych D3 i D4, jednym wyjściu danych Q3 i Q4, jednym wejściu zegarowym C3 i C4 oraz jednym wejściu regulacji szybkości RS3 i RS4. Wejścia danych tych przerzutników z regulowaną szybkością D3 i D4 dołączone są do wejść filtru metastabilności Fl1 i FI2, a wyjścia danych przerzutników z regulowaną szybkością Q3 i Q4 dołączone są do wyjść filtru metastabilności FO1 i FO2. Wejścia zegarowe przerzutników C3 i C4 dołączone są do drugiego wejścia sterującego WF arbitra z regulowaną szybkością ARS, natomiast obydwa wejścia regulacji szybkości RS3 i RS4 obydwu przerzutników z regulowaną szybkością PRS3 i PRS4 filtru metastabilności FM dołączone są do drugiego wejścia sterowania szybkością RSA’ arbitra z regulowaną szybkością ARS.

Układy opóźniające OP1, OP2, OP3 i OP4, wraz z dołączonymi do nich przerzutnikami z regulowaną szybkością PRS1 i PRS2 stanowią pierwszy stopień arbitra a filtr metastabilności FM stanowi drugi stopień arbitra. Szybkość pierwszego stopnia arbitra jest sterowana poprzez pierwsze wejście sterowania szybkością RSA, a drugi stopień arbitra poprzez drugie wejście sterowania szybkością RSA’. Regulacja szybkości pierwszego stopnia arbitra pozwala na dopasowywanie arbitra względem układu dołączanego do jego wejść I1 i I2, a regulacja drugiego stopnia pozwala na dopasowywanie tego stopnia pod względem szybkości w stosunku do pierwszego stopnia. 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.

Arbiter z regulowaną szybkością przedstawiony na fig. 18 zawiera dwa przerzutniki z regulowaną szybkością w postaci przerzutników typu „D” PRS1 i PRS2, każdy o jednym wejściu danych D1 i D2, jednym wyjściu danych Q1 i Q2, jednym wejściu zegarowym C1 i C2, jednym asynchronicznym wejściu zerującym R1 i R2 oraz jednym wejściu regulacji szybkości RS1 i RS2. Do wejść danych D1 i D2 i do wejść zegarowych C1 i C2 dołączone są układy opóźniające OP1, OP2, OP3, OP4, tak że do wejścia danych D1 pierwszego przerzutnika z regulowaną szybkością PRS1 dołączone jest wyjście pierwszego układu opóźniającego OP1, do wejścia zegarowego C1 pierwszego przerzutnika z regulowaną szybkością PRS1 dołączone jest wyjście drugiego układu opóźniającego OP2, do wejścia danych D2 drugiego przerzutnika z regulowaną szybkością PRS2 dołączone jest wyjście trzeciego układu opóźniającego OP3, a do wejścia zegarowego C2 drugiego przerzutnika z regulowaną szybkością PRS2 dołączone jest wyjście czwartego układu opóźniającego OP4. Pierwsze wejście I1 arbitra z regulowaną szybkością ARS jest dołączone jednocześnie do wejścia pierwszego układu opóźniającego OP1 i do wejścia czwartego układu opóźniającego OP4, a drugie wejście I2 arbitra z regulowaną szybkością ARS jest dołączone jednocześnie do wejścia drugiego układu opóźniającego OP2 i do wejścia trzeciego układu opóźniającego OP3. Wejście sterujące arbitra WA dołączone jest do asynchronicznych wejść zerujących R1 i R2 obydwu przerzutników z regulowaną szybkością PRS1 i PRS2. Arbiter z regulowaną szybkością ARS posiada wejście sterowania szybkością RSA, które dołączone jest jednocześnie do wejść regulacji szybkości RS1 i RS2 obydwu przerzutników z regulowaną szybkością PRS1 i PRS2. Wyjścia przerzutników Q1 i Q2 dołączone są do wejść Uli i UI2 układu korekcji losowości UKL. Układ korekcji losowości UKL zawiera przerzutnik w postaci przerzutnika typu „JK” JK oraz detektor parzystości XOR w postaci bramki „exclusive-or”. Przerzutnik JK posiada dwa wejścia danych J i K, wyjście danych JKQ oraz wejście zegarowe JKC. Detektor parzystości XOR posiada dwa wejścia i jedno wyjście. Wejścia danych przerzutnika J i K dołączone są do wejść Uli i UI2 układu korekcji losowości UKL, a wyjście danych

PL 241 527 B1 przerzutnika JKQ dołączone jest do pierwszego wyjścia UO1 układu korekcji losowości UKL. Wejścia detektora parzystości XOR dołączone są do wejść Uli i UI2 układu korekcji losowości UKL, a wyjście detektora parzystości XOR dołączone jest do drugiego wyjścia UO2 układu korekcji losowości UKL. Wejście zegarowe przerzutnika JKC dołączone jest do drugiego wejścia sterującego WU arbitra z regulowaną szybkością ARS. Wyjścia UO1 i UO2 układu korekcji losowości UKL dołączone są do wyjść arbitra O1 i O2.

Układy opóźniające OP1, OP2, OP3 i OP4, wraz z dołączonymi do nich przerzutnikami z regulowaną szybkością PRS1 i PRS2 stanowią pierwszy stopień arbitra a układ korekcji losowości UKL stanowi drugi stopień arbitra. Szybkość pierwszego stopnia arbitra jest sterowana poprzez wejście RSA i pozwala ona na dopasowywanie arbitra względem układu dołączanego do jego wejść I1 i I2 oraz względem drugiego stopnia arbitra. 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.

Arbiter z regulowaną szybkością przedstawiony na fig. 19 zawiera dwa przerzutniki z regulowaną szybkością w postaci przerzutników typu „D” PRS1 i PRS2, każdy o jednym wejściu danych D1 i D2, jednym wyjściu danych Q1 i Q2, jednym wejściu zegarowym C1 i C2, jednym asynchronicznym wejściu zerującym R1 i R2 oraz jednym wejściu regulacji szybkości RS1 i RS2. Do wejść danych D1 i D2 i do wejść zegarowych C1 i C2 dołączone są układy opóźniające OP1, OP2, OP3, OP4, tak że do wejścia danych D1 pierwszego przerzutnika z regulowaną szybkością PRS1 dołączone jest wyjście pierwszego układu opóźniającego OP1, do wejścia zegarowego C1 pierwszego przerzutnika z regulowaną szybkością PRS1 dołączone jest wyjście drugiego układu opóźniającego OP2, do wejścia danych D2 drugiego przerzutnika z regulowaną szybkością PRS2 dołączone jest wyjście trzeciego układu opóźniającego OP3, a do wejścia zegarowego C2 drugiego przerzutnika z regulowaną szybkością PRS2 dołączone jest wyjście czwartego układu opóźniającego OP4. Pierwsze wejście I1 arbitra z regulowaną szybkością ARS jest dołączone jednocześnie do wejścia pierwszego układu opóźniającego OP1 i do wejścia czwartego układu opóźniającego OP4, a drugie wejście I2 arbitra z regulowaną szybkością ARS jest dołączone jednocześnie do wejścia drugiego układu opóźniającego OP2 i do wejścia trzeciego układu opóźniającego OP3. Wejście sterujące arbitra WA dołączone jest do asynchronicznych wejść zerujących R1 i R2 obydwu przerzutników z regulowaną szybkością PRS1 i PRS2. Arbiter z regulowaną szybkością ARS posiada także dwa wejścia sterowania szybkością RSA i RSA’, z których pierwsze RSA dołączone jest jednocześnie do wejść regulacji szybkości RS1 i RS2 obydwu przerzutników z regulowaną szybkością PRS1 i PRS2. Wyjścia przerzutników Q1 i Q2 dołączone są do wejść FI1 i Fi2 filtru metastabilności FM, a wyjścia FO1 i FO2 filtru metastabilności FM dołączone są do wejść Uli i UI2 układu korekcji losowości UKL. Filtr metastabilności FM zawiera dwa przerzutniki z regulowaną szybkością w postaci przerzutników typu „D” PRS3 i PRS4, każdy o jednym wejściu danych D3 i D4, jednym wyjściu danych Q3 i Q4, jednym wejściu zegarowym C3 i C4 oraz jednym wejściu regulacji szybkości RS3 i RS4. Wejścia danych tych przerzutników z regulowaną szybkością D3 i D4 dołączone są do wejść filtru metastabilności FI1 i FI2, a wyjścia danych przerzutników z regulowaną szybkością Q3 i Q4 dołączone są do wyjść filtru metastabilności FO1 i FO2. Wejścia zegarowe przerzutników C3 i C4 dołączone są do drugiego wejścia sterującego WF arbitra z regulowaną szybkością ARS, natomiast obydwa wejścia regulacji szybkości RS3 i RS4 obydwu przerzutników z regulowaną szybkością PRS3 i PRS4 filtru metastabilności FM dołączone są do drugiego wejścia sterowania szybkości RSA’ arbitra z regulowaną szybkością ARS. Układ korekcji losowości UKL zawiera przerzutnik w postaci przerzutnika typu „JK” JK oraz detektor parzystości XOR w postaci bramki „exclusive-or”. Przerzutnik JK posiada dwa wejścia danych J i K, wyjście danych JKQ oraz wejście zegarowe JKC. Detektor parzystości XOR posiada dwa wejścia i jedno wyjście. Wejścia danych przerzutnika J i K dołączone są do wejść Uli i UI2 układu korekcji losowości UKL, a wyjście danych przerzutnika JKQ dołączone jest do pierwszego wyjścia UO1 układu korekcji losowości UKL. Wejścia detektora parzystości XOR dołączone są do wejść Uli i UI2 układu korekcji losowości UKL, a wyjście detektora parzystości XOR dołączone jest do drugiego wyjścia UO2 układu korekcji losowości UKL. Wejście zegarowe przerzutnika JKC dołączone jest do trzeciego wejścia sterującego WU arbitra z regulowaną szybkością ARS. Wyjścia UOi i UO2 układu korekcji losowości UKL dołączone są do wyjść arbitra Oi i O2.

Układy opóźniające OPi, OP2, OP3 i OP4, wraz z dołączonymi do nich przerzutnikami z regulowaną szybkością PRS1 i PRS2 stanowią pierwszy stopień arbitra. Filtr metastabilności FM stanowi drugi stopień arbitra, układ korekcji losowości UKL stanowi trzeci stopień arbitra. Szybkość pierwszego stopnia arbitra jest sterowana poprzez pierwsze wejście sterowania szybkością RSA, a drugi stopień arbitra

Claims (17)

1. PL 241 527 B1 poprzez drugie wejście sterowania szybkością RSA’. Regulacja szybkości pierwszego stopnia arbitra pozwala na dopasowywanie arbitra względem układu dołączanego do jego wejść I1 i 12, a regulacja drugiego stopnia pozwala na dopasowywanie tego stopnia pod względem szybkości w stosunku do pierwszego i trzeciego stopnia arbitra. 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.

   Napięciowy przerzutnik z regulowaną szybkością przedstawiony na fig. 20, wchodzący w skład arbitra z regulowaną szybkością, stanowi napięciowy przerzutnik NP o dwóch wejściach D’ i C’ dołączonych do wejść D i C przerzutnika z regulowaną szybkością PRS i wyjściu Q’ dołączonym do wyjścia Q przerzutnika z regulowaną szybkością PRS. Wejście dla dodatniego zasilania VDD napięciowego przerzutnika NP dołączone jest do wejścia regulacji szybkości RS przerzutnika z regulowaną szybkością PRS, natomiast wejście dla ujemnego zasilania VSS napięciowego przerzutnika NP dołączone jest do ogólnej masy układu GND.

   Napięciowy przerzutnik NP 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 przerzutnik z regulowaną szybkością przedstawiony na fig. 21, wchodzący w skład arbitra z regulowaną szybkością, stanowi regulowane źródło prądowe ISS oraz dołączona do niego część logiczna przerzutnika LP o dwóch wejściach D’ i C’ dołączonych do wejść D i C przerzutnika z regulowaną szybkością PRS i wyjściu Q’ dołączonym do wyjścia Q przerzutnika z regulowaną szybkością PRS. Wejście regulacji szybkości RS przerzutnika z regulowaną szybkością PRS dołączone jest do regulowanego źródła prądowego ISS. Dodatnie napięcie zasilania VD dołączone jest do części logicznej przerzutnika LP, a ogólna masa układu GND dołączona jest do regulowanego źródła prądowego ISS.

   Przerzutnik PRS zbudowany z bramek prądowych może być regulowany pod względem szybkości przez zmianę wartości prądu tych bramek. Mniejsza wartość prądu oznacza wolniejszą pracę, większa wartość prądu oznacza szybszą pracę. Źródła prądowe wykonane w postaci luster prądowych pozwalają na łatwe sterowanie całym szeregiem źródeł prądowych jednocześnie.

   Możliwości zastosowania wynalazku przewiduje się w generowaniu i wykrywaniu pierwszeństwa zjawisk metastabilnościowych, a w szczególności w zastosowaniu do generacji liczb i ciągów liczbowych prawdziwie losowych w układach odpornych na ataki typu side-channel i zmienne środowisko pracy.

   Zastrzeżenia patentowe

   1. Metastabilnościowy generator losowy zawierający zespół generacji metastabilnościowych interwałów czasowych (GMIC, GMIC’) o co najmniej dwóch wyjściach (Ta, Tb, T1, T2, T3, T4, T5) oraz zespół arbitrów (A, A’) o przynajmniej dwóch wejściach dołączonych do wyjść zespołu generacji metastabilnościowych interwałów czasowych, zapewniający sygnał wyjściowy generatora (LL, PLL), znamienny tym, że przynajmniej jeden zespół stanowi zespół z regulowaną szybkością (GMICRS, GMICRS’, ARS, ARS’) i jest wyposażony w przynajmniej jedno wejście regulacji szybkości (RSa, RSb, RS1, RS2, RS3, RS4, RS5, RSA, RSG, RS6), do którego dołączony jest układ regulacji szybkości (UDS, UDS’, USS, USS’, RUDS, RUDS’, UDM, RUDM).
2. 2. Metastabilnościowy generator losowy według zastrz. 1, znamienny tym, że zespół generacji metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością (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, RS6).
3. 3. Metastabilnościowy generator losowy według zastrz. 2, znamienny tym, że posiada układ dopasowania szybkości (UDS, UDS’, UDM), którego przynajmniej jedno wyjście (DSa, DSb, DS1, DS2, DS3, DS4, DS5, DS6) jest dołączone do przynajmniej jednego wejścia regulacji szybkości (RSa, RSb, RS1, RS2, RS3, RS4, RS5, RS6) zespołu generacji metastabilnościowych interwałów czasowych (GMICRS, GMICRS’).

   PL 241 527 B1
4. 4. Metastabilnościowy generator losowy według zastrz. 2, znamienny tym, że posiada układ sterowania szybkością (USS’, USS), którego przynajmniej jedno wyjście sterowania szybk ością generacji (SSG’, SSM) jest dołączone do przynajmniej jednego wejścia regulacji szybkości (RSG) zespołu generacji metastabilnościowych interwałów czasowych (GMICRS’).
5. 5. Metastabilnościowy generator losowy według zastrz. 3, znamienny tym, że układ sterowania szybkością (USS, USS’) dołączony jest do zespołu generacji metastabilnościowych interwałów czasowych (GMICRS, GMICRS’) poprzez regulowany układ dopasowania szybkości (RUDS, RUDS’, RUDM), którego przynajmniej jedno wyjście (DSa, DSb, DS1, DS2, DS3, DS4, DS5, DS6) jest dołączone do przynajmniej jednego wejścia regulacji szybkości (RSa, RSb, RS1, RS2, RS3, RS4, RS5, RS6) zespołu generacji metastabilnościowych interwałów czasowych (GMICRS, GMICRS’), zaś przynajmniej jedno wejście (RSG’, RSM) regulowanego układu dopasowania szybkości (RUDS, RUDS’, RUDM) dołączone jest do przynajmniej jednego wyjścia sterowania szybkością generacji (SSG, SSG’, SSM) układu sterowania szybkością (USS, USS’).
6. 6. Metastabilnościowy generator losowy według zastrz. od 2 do 5, znamienny tym, że zespół generacji metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością (GMICRS) zawiera co najmniej dwa multiwibratory, których wyjścia są dołączone do wyjść generatora, a wejścia są dołączone do wejść generatora oraz że przynajmniej jeden multiwibrator jest multiwibratorem z regulowaną szybkością (MRS1, MRS2), którego wejście regulacji szybkości (RS1, RS2) dołączone jest do wejścia regulującego szybkość (RS1’, RS2’, RS) zespołu generacji metastabilnościowych interwałów czasowych z regulowaną szybkością (GMICRS).
7. 7. Metastabilnościowy generator losowy według zastrz. od 2 do 5, znamienny tym, że zespół generacji metastabilnościowych interwałów czasowych (GMIC’, GMICRS’) zawiera szereg multiwibratorów (M1, M2, M3, M4, M5, M6), których wejścia zegarowe (C1, C2, C3, C4, C5, C6) są połączone, i wejścia danych (D1, D2, D3, D4, D5, D6) są połączone, a pomiędzy wejściami przynajmniej dwóch multiwibratorów jest włączony układ opóźniający (U1, U2, U3, U4, U5), zaś przynajmniej jeden multiwibrator (M1, M2, M3, M4, M5, M6) jest multiwibratorem z regulowaną szybkością (MRS1, MRS2, MRS3, MRS4, MRS5, MRS6).
8. 8. Metastabilnościowy generator losowy według zastrz. 6 albo 7, znamienny tym, że przynajmniej jeden multiwibrator z regulowaną szybkością (MRS) stanowi multiwibrator napięciowy (NM), którego obwód zasilający (VDD) dołączony jest do wejścia regulacji szybkości (RS) multiwibratora (MRS).
9. 9. Metastabilnościowy generator losowy według zastrz. 6 albo 7 albo 8, znamienny tym, że przynajmniej jeden multiwibrator z regulowaną szybkością (MRS) stanowi multiwibrator prądowy z regulowanym źródłem prądowym (ISS), które dołączone jest do wejścia regulacji szybkości (RS) multiwibratora (MRS).
10. 10. Metastabilnościowy generator losowy według dowolnego z zastrz. od 1 do 9, znamienny tym, że w zespole arbitrów (ARS, ARS’) przynajmniej jeden arbiter jest arbitrem z regulowaną szybkością (ARS, ARS1, ARS2, ARS3, ARS4, ARS5) oraz że zespół arbitrów posiada przynajmniej jedno wejście regulacji szybkości arbitrażu (RSA, RSAa, RSAb) dołączone do przynajmniej jednego wejścia (RSA, RSA1, RSA2, RSA3, RSA4, RSA5) przynajmniej jednego arbitra z regulowaną szybkością (ARS, ARS1, ARS2, ARS3, ARS4, ARS5).
11. 11. Metastabilnościowy generator losowy według zastrz. 10, znamienny tym, że posiada układ sterowania szybkością (USS, USS’), którego przynajmniej jedno wyjście sterowania szybkością arbitrażu (SSA, SSA’, SSAa, SSAb) dołączone jest do przynajmniej jednego wejścia regulacji szybkości arbitrażu (RSA, RSAa, RSAb).
12. 12. Metastabilnościowy generator losowy według zastrz. 10 albo 11, znamienny tym, że przynajmniej jeden arbiter z regulowaną szybkością (ARS) zawiera dwa przerzutniki, a pierwsze wejście arbitra (I1) jest dołączone jednocześnie do wejścia danych pierwszego przerzutnika (D1) i wejścia zegarowego drugiego przerzutnika (C2), drugie wejście arbitra (I2) jest dołączone jednocześnie do wejścia danych drugiego przerzutnika (D2) i do wejścia zegarowego pierwszego przerzutnika (C1), natomiast wejście sterujące arbitra (WA) dołączone jest do wejść wymuszających przerzutników (R1, R2), a wyjścia arbitra (O1, O2) dołączone są do wyjść przerzutników (Q1, Q2) przy czym przynajmniej jeden przerzutnik jest przerzutnikiem z regulowaną szybkością (PRS1, PRS2) i jest połączony (RS1, RS2) z wejściem regulacji szybkości (RSA) arbitra z regulowaną szybkością (ARS).

    PL 241 527 B1
13. 13. Metastabilnościowy generator losowy według zastrz. 12, znamienny tym, że wyjścia (O1, O2) przynajmniej jednego arbitra (ARS) dołączone są do wyjść przerzutników (Q1, Q2) poprzez filtr metastabilności (FM), który zawiera przynajmniej jeden przerzutnik z regulowaną szybkością (PRS3, PRS4).
14. 14. Metastabilnościowy generator losowy według zastrz. 12 albo 13, znamienny tym, przynajmniej jeden arbiter (ARS) jest na wyjściu zaopatrzony w układ korekcji losowości (UKL), który zawiera przynajmniej jeden przerzutnik z regulowaną szybkością.
15. 15. Metastabilnościowy generator losowy według zastrz. 12 albo 13 albo 14, znamienny tym, że przynajmniej jeden przerzutnik z regulowaną szybkością (PRS) stanowi przerzutnik napięciowy (NP), którego obwód zasilający (VDD) dołączony jest do wejścia regulacji szybkości (RS) przerzutnika (PRS).
16. 16. Metastabilnościowy generator losowy według dowolnego z zastrz. 12 albo 13 albo 14 albo 15, znamienny tym, że przynajmniej jeden przerzutnik z regulowaną szybkością (PRS) stanowi przerzutnik prądowy z regulowanym źródłem prądowym (ISS), które dołączone jest do wejścia regulacji szybkości (RS) przerzutnika (PRS).
17. 17. Metastabilnościowy generator losowy według dowolnego z zastrz. od 1 do 16, znamienny tym, że układ sterowania szybkością (USS, USS’) posiada przynajmniej jedno wejście (WLL, WPLL) dołączone do przynajmniej jednego wyjścia (LL, PLL) metastabilnościowego generatora losowego.