面向稳健和弹性PLL-TRNG设计的相位噪声特性分析

摘要

真随机数生成器（TRNG）是确保密码系统安全的关键组件。在TRNG实现中，基于锁相环的TRNG（PLL-TRNG）由于存在随机模型，成为FPGA平台上广泛采用的解决方案。在先前的研究中，这种随机模型基于模拟噪声信号，可能导致对PLL物理过程的过度简化，从而高估了熵。为了解决这一局限性，我们提取了PLL的关键平台特定参数，并为多输出PLL-TRNG开发了一种新的随机模型。我们首次揭示了PLL带宽对采样点相关性的影响，并引入了一种定量控制采样点相关性的方法。最后，我们通过片上抖动测量验证了该模型。实验结果表明，所提出的随机模型准确描述了PLL-TRNG的行为，并提供了最保守的熵下界，抖动分辨率提高了1.8倍。

关键词

真随机数生成器，相位噪声，随机模型，FPGA

作者

Ziheng Ma, Bohan Yang, Wenping Zhu, Hanning Wang, Yi Ouyang, Min Zhu, Leibo Liu

机构

清华大学集成电路学院北京信息科学与技术国家研究中心；密码与数字经济安全国家重点实验室，北京，100084，中国（除Min Zhu外） 无锡微创新集成电路设计有限公司，江苏无锡，中国（Min Zhu）

出版信息

期刊: IACR Transactions on Cryptographic Hardware and Embedded Systems
卷期: Vol. 2025 No. 3
页码: 238-261
DOI: https://doi.org/10.46586/tches.v2025.i3.238-261
发布日期: 2025-06-05

许可证

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引用格式

Ma, Z., Yang, B., Zhu, W., Wang, H., Ouyang, Y., Zhu, M., & Liu, L. (2025). On the Characterization of Phase Noise for the Robust and Resilient PLL-TRNG Design. IACR Transactions on Cryptographic Hardware and Embedded Systems, 2025(3), 238-261. https://doi.org/10.46586/tches.v2025.i3.238-261