用于真随机数生成的Skyrmion热布朗运动
应用物理
2020-06-24 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
真随机数发生器（TRNG）因在信息传输与加密中的广泛应用而受到广泛关注。TRNG生成的真随机数通常用于信息安全核心的加密算法或安全协议。近来，TRNG也被用于新兴随机计算范式以降低功耗。粗略而言，TRNG可分为基于电路的（如振荡器采样或直接噪声放大）与基于量子物理的（如光电效应）。前者通常面积大且功耗高，后者虽本质随机但更难实现且常需额外后处理电路。近来，磁性skyrmion因其纳米尺寸、高稳定性及本征热布朗运动动力学而成为实现TRNG的有前景候选。本工作中，我们提出一种基于受限几何中室温下连续skyrmion热布朗运动的TRNG。通过周期性检测skyrmion的相对位置即可轻松获得真随机比特流，无需额外电流脉冲。更重要的是，我们实现了概率可调的TRNG，其中可通过电压控制磁各向异性（VCMA）效应施加各向异性梯度来获得所需的0与1比例。基于skyrmion的TRNG的行为通过微磁仿真得到验证。美国国家标准与技术研究院（NIST）测试结果表明，我们所提随机数发生器为具有良好随机性的TRNG。我们的研究为高效TRNG实现提供了新视角。
引用
@article{arxiv.1911.03888,
title = {Thermal Brownian Motion of Skyrmion for True Random Number Generation},
author = {Yong Yao and Xing Chen and Wang Kang and Youguang Zhang and Weisheng Zhao},
journal= {arXiv preprint arXiv:1911.03888},
year = {2020}
}