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Schnelle Zufallszahlenerzeugung mit Ringoszillatoren

IP.com Disclosure Number: IPCOM000146382D
Original Publication Date: 2007-Mar-10
Included in the Prior Art Database: 2007-Mar-10
Document File: 3 page(s) / 54K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Zufallszahlen werden bei vielen Sicherheitsanwendungen benoetigt, beispielsweise bei der Erzeugung digitaler Schluessel. Auch zur Abwehr von Seitenkanalangriffen sind Zufallszahlen erforderlich. Zur digitalen Erzeugung von Zufallzahlen wird haeufig der Phasenjitter von Ringoszillatoren verwendet. Ein Ringoszillator besteht aus einer ungeraden Zahl von hintereinander geschalteten logischen Invertern (Not-Gattern), wobei der Output des letzten Inverters zum Input des ersten rueckgekoppelt wird. Dadurch schwingt die Schaltung. Da der Phasenjitter eines Ringoszillators relativ gering ist (circa 1 bis 2 Prozent der Periodenlaenge), kann durch Abtasten eines Ringoszillators nur eine niedrige Datenrate bei der Zufallszahlenerzeugung erreicht werden. Aus dem Stand der Technik (siehe hierzu Literatur [1]) ist ein Zufallszahlengenerator bekannt, der auf Basis von Ringoszillatoren wesentlich hoehere Datenraten erreichen soll. Die hoehere Datenrate wird dadurch erreicht, dass der Output von 114 Ringoszillatoren XOR-verknuepft wird und das Resultat dieser Verknuepfung taktgesteuert durch ein Flipflop abgetastet wird. Dabei besteht jedoch das Problem, dass mit verfuegbarer Technologie diese XOR-Verknuepfung praktisch nicht durchfuehrbar ist, denn das aus der korrekten XOR-Verknuepfung der 114 Ringoszillatoren entstehende Signal haette eine extreme Bandbreite, die mit der verfuegbaren Technologie nicht verarbeitet werden kann. Der Sicherheitsbeweis in der Veroeffentlichung [1] geht idealisiert von einem unendlich schnellen XOR-Gatter aus und ist damit fuer die Praxis nicht relevant. Somit besteht das Problem also darin, wie der Phasenjitter aus den 114 Ringoszillatoren auf eine praktisch implementierbare Art zu einem Zufallsbit verknuepft werden kann.

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Schnelle Zufallszahlenerzeugung mit Ringoszillatoren

Idee: Dr. Markus Dichtl, DE-Muenchen

Zufallszahlen werden bei vielen Sicherheitsanwendungen benoetigt, beispielsweise bei der Erzeugung digitaler Schluessel. Auch zur Abwehr von Seitenkanalangriffen sind Zufallszahlen erforderlich. Zur digitalen Erzeugung von Zufallzahlen wird haeufig der Phasenjitter von Ringoszillatoren verwendet. Ein Ringoszillator besteht aus einer ungeraden Zahl von hintereinander geschalteten logischen Invertern (Not-Gattern), wobei der Output des letzten Inverters zum Input des ersten rueckgekoppelt wird. Dadurch schwingt die Schaltung. Da der Phasenjitter eines Ringoszillators relativ gering ist (circa 1 bis 2 Prozent der Periodenlaenge), kann durch Abtasten eines Ringoszillators nur eine niedrige Datenrate bei der Zufallszahlenerzeugung erreicht werden.

Aus dem Stand der Technik (siehe hierzu Literatur [1]) ist ein Zufallszahlengenerator bekannt, der auf Basis von Ringoszillatoren wesentlich hoehere Datenraten erreichen soll. Die hoehere Datenrate wird dadurch erreicht, dass der Output von 114 Ringoszillatoren XOR-verknuepft wird und das Resultat dieser Verknuepfung taktgesteuert durch ein Flipflop abgetastet wird. Dabei besteht jedoch das Problem, dass mit verfuegbarer Technologie diese XOR-Verknuepfung praktisch nicht durchfuehrbar ist, denn das aus der korrekten XOR-Verknuepfung der 114 Ringoszillatoren entstehende Signal haette eine extreme Bandbreite, die mit der verfuegbaren Technologie nicht verarbeitet werden kann. Der Sicherheitsbeweis in der Veroeffentlichung [1] geht idealisiert von einem unendlich schnellen XOR-Gatter aus und ist damit fuer die Praxis nicht relevant. Somit besteht das Problem also darin, wie der Phasenjitter aus den 114 Ringoszillatoren auf eine praktisch implementierbare Art zu einem Zufallsbit ver...