RHS-TRNG：一种基于 STT-MTJ 器件的弹性高速真随机数发生器
硬件体系结构
2024-07-03 v2
摘要
高质量随机数对密码学、金融和科学模拟等诸多领域至关重要，这就要求设计可靠的真随机数发生器（TRNG）。受限于熵源、吞吐量、可靠性和系统集成，现有的 TRNG 设计难以部署到实际计算系统中以大幅加速目标应用。本研究提出了一种基于自旋转移矩磁隧道结（STT-MTJ）的 TRNG 电路，名为 RHS-TRNG。RHS-TRNG 利用 STT-MTJ 的随机开关特性生成具有弹性且高速的随机比特序列。通过电路/系统协同设计，我们将 RHS-TRNG 集成到 RISC-V 处理器中作为加速组件，并由定制的随机数生成指令驱动。实验结果表明，单个 RHS-TRNG 单元的随机比特生成速度高达 303 Mb/s，这在现有基于 MTJ 的 TRNG 中是最高的。通过利用单元级并行性可实现更高的吞吐量。得益于我们采用双向开关电流和双生成单元的设计，RHS-TRNG 还表现出对 PVT 变化的强弹性。此外，使用 gem5 模拟器的系统评估结果表明，配备 RHS-TRNG 的系统在加速期权定价程序方面的性能比随机数生成的软件实现高出 3.4 至 12 倍。
引用
@article{arxiv.2312.17453,
title = {RHS-TRNG: A Resilient High-Speed True Random Number Generator Based on STT-MTJ Device},
author = {Siqing Fu and Tiejun Li and Chunyuan Zhang and Hanqing Li and Sheng Ma and Jianmin Zhang and Ruiyi Zhang and Lizhou Wu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2312.17453},
year = {2024}
}
备注
Published in: IEEE Transactions on Very Large Scale Integration (VLSI) Systems ( Volume: 31, Issue: 10, October 2023)