ICYTE   26279
INSTITUTO DE INVESTIGACIONES CIENTIFICAS Y TECNOLOGICAS EN ELECTRONICA
Unidad Ejecutora - UE
congresos y reuniones científicas
Título:
TRNG basado en Autómatas Celulares
Autor/es:
A. CICUTTIN; M. L. CRESPO; M: ANTONELLI; L. DE MICCO
Lugar:
Mar del Plata
Reunión:
Congreso; Congreso de Física Estadística y Aplicaciones a la Materia Condensada - TREFEMAC 2018; 2018
Institución organizadora:
Instituto de Investigaciones Físicas de Mar del Plata (IFIMAR, CONICET-UNMDP)
Resumen:
Las secuencias de números aleatorios son usadas en muchos campos de diversas áreas como criptografía [1],método de Montecarlo [2], reducción de interferencia electromagnética [3], sistemas de comunicaciones de espectroesparcido [4], etc. Para generar estas secuencias se recurre entonces a generadores de números aleatorios (RNG),que pueden basarse en fuentes de ruido físicas (TRNG) o en algoritmos matemáticos (PRNG). En ninguno deestos casos se obtienen números verdaderamente aleatorios. Aun basándose en fenómenos físicos esencialmenteno determinísticos es prácticamente imposible evitar la superposición con otros procesos causales que limitan omodulan la estocasticidad resultante. Sin embargo, esto no es un obstáculo ya que nos enfocamos en que estosgeneradores cumplan con ciertas propiedades estadísticas requeridas.Los autómatas celulares (AC) son actualmente utilizados como PRNGs, dada su simplicidad a la hora de suimplementación en hardware [5,6]. A principios de 1950 los ACs se utilizaron como un modelo matemático paradescribir sistemas dinámicos que evolucionan en pasos discretos y a partir de reglas de transición simples puedenproducir fenómenos dinámicos complejos [7]. En 1986, Wolfram [8] utilizó por primera vez ACs como PRNGs, éldemostró que la aleatoriedad de los patrones generados por ACs de longitud máxima es significativamente mejorque la de otros métodos ampliamente utilizados, como los registros de desplazamiento con realimentación lineal(LFSR). Como resultado, en los últimos años, se han propuesto varios PRNGs basados en ACs unidimensionales[6,9]. Estos PRNGs presentan ciertas ventajas, como que son de fácil implementación, gran modularidad y reducidaárea de silicio, pero, en la mayoría de los casos, presentan una aleatoriedad reducida.En este trabajo proponemos aprovechar las imperfecciones intrínsecas de los elementos electrónicos y así conseguirun TRNG basado en ACs. Si la frecuencia del reloj del sistema electrónico es lo suficientemente alta, lasdistintas células que componen la red no llegan a estabilizarse a un valor binario, ya que no se cumplen los tiemposde establecimiento y la salida presenta la superposición del jitter, retardos, ruido térmico y metaestabilidad de cadacélula del autómata. Un conjunto de ACs convenientemente interconectados y sincronizados producen múltiplesseñales analógicas de alta frecuencia que al ser digitalizadas regularmente producen TRN. La calidad de los TRNasí generados depende esencialmente de la aleatoriedad de las señales analógicas digitalizadas. En este trabajo,utilizamos dos cuantificadores provenientes de la teoría de la información que resultan ser complementarios, labien conocida entropía de amplitudes Hhist [10], que cuantifica la frecuencia de aparición de todos los valoresposibles y la entropía de patrones de orden HBP [11,12], que cuantifica las correlaciones que puedan tener lassecuencias. Se obtuvo una cantidad óptima de células del AC y un rango de frecuencia de operación para que lasecuencia generada presente máxima aleatoriedad. Con esta técnica se consiguen secuencias con un alto grado dealeatoriedad mediante la implementacion de redes de ACs unidimensionales simples.