• ETRI Journal
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• 제42권4호
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• pp.518-526
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• 2020

This paper presents an efficient hardware random-number generator based on a beta source. The proposed generator counts the values of "0" and "1" and provides a method to distinguish between pseudo-random and true random numbers by comparing them using simple cumulative operations. The random-number generator produces labeled data indicating whether the count value is a pseudo- or true random number according to its bit value based on the generated labeling data. The proposed method is verified using a system based on Verilog RTL coding and LabVIEW for hardware implementation. The generated random numbers were tested according to the NIST SP 800-22 and SP 800-90B standards, and they satisfied the test items specified in the standard. Furthermore, the hardware is efficient and can be used for security, artificial intelligence, and Internet of Things applications in real time.

• Journal of information and communication convergence engineering
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• 제10권3호
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• pp.253-257
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• 2012

This paper presents an efficient filtering system for a metastable state-based true random number generator. To output a result with high randomness, we use loop-storage for storing the value of metastability. During the metastable state, the output value is accumulated to the storage. When the non-metastable state arises, the stored metastable value will be used for output instead of the result of the non-metastable state. As a result, we can maintain high entropy together with the original throughput.

• 전기전자학회논문지
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• 제24권1호
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• pp.52-58
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• 2020

정보보안 응용을 위한 참난수 발생기(true random number generator; TRNG)의 하드웨어적 구현에 대하여 기술한다. 셀룰러 오토마타에 무작위 천이규칙을 도입하고, 매 시간단계마다 다른 천이규칙이 적용되는 새로운 방법을 제안하였다. 설계된 참난수 발생기를 Spartan-6 FPGA 소자에 구현하고, 100 MHz 동작 주파수에서 난수 생성동작을 검증하였다. FPGA 소자에 구현된 참난수 발생기로부터 2×10⁷ 비트의 난수 데이터를 추출하여 NIST SP 800-22 테스트를 통해 생성된 난수 데이터의 무작위 성능을 검증하였으며, 15개의 테스트 항목 모두 기준을 충족하는 것으로 확인되었다. 본 논문의 참난수 발생기는 Spartan-6 FPGA 소자의 139 슬라이스로 구현되었고, 100 MHz 동작 주파수에서 600 Mbps의 참난수 생성 성능을 갖는다.

• 대한수학회지
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• 제50권4호
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• pp.879-897
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• 2013

Shannon entropy is one of the widely used randomness measures especially for cryptographic applications. However, the conventional entropy tests are less sensitive to the inter-bit dependency in random samples. In this paper, we propose new online randomness test schemes for true random number generators (TRNGs) based on the mutual information between consecutive ${\kappa}$-bit output blocks for testing of inter-bit dependency in random samples. By estimating the block entropies of distinct lengths at the same time, it is possible to measure the mutual information, which is closely related to the amount of the statistical dependency between two consecutive data blocks. In addition, we propose a new estimation method for entropies, which accumulates intermediate values of the number of frequencies. The proposed method can estimate entropy with less samples than Maurer-Coron type entropy test can. By numerical simulations, it is shown that the new proposed scheme can be used as a reliable online entropy estimator for TRNGs used by cryptographic modules.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국해양정보통신학회 2007년도 춘계종합학술대회
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• pp.803-806
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• 2007

TRNG (True Random Number Generator)를 테스트 하는 방법은 PRNG (Pseudo Random Number Generator)나 산술연산기를 비롯한 결정적 (deterministic) 소자에 대한 테스트와는 많이 틀려서, 새로운 개념과 방법론이 제시되어야 한다. 하드웨어적으로 결정적인 소자들은 패턴을 사용한 테스트 (ATPG; automatic test pattern generation)에 의해 커버가 될 수 있지만, 순수 난수는 발생 결과의 아날로그적인 특성에 의하여 자동 패턴 생성 방식에 의해 소자를 테스트하기가 불가능하다. 본 논문에서는 하드웨어와 소프트웨어를 결합한 테스트 방식으로 테스트 패턴에 연속적인 패턴의 변화를 주면서 통계적으로 관찰하는 방식인 Diehard test라는 테스트 방식을 연구, 분석하고, 순수 난수의 테스트 시 고려해야 할 주안점을 제안한다.

• 한국정보과학회논문지:컴퓨팅의 실제 및 레터
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• 제16권4호
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• pp.415-420
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• 2010

보안을 위한 암호 키는 진난수 발생기를 사용하여 만들어야 한다. 진난수 발생기는 상태 예측이 거의 불가능한 혼란 진원지에서 초기값을 추출하여 비가역적 해시 알고리즘을 적용해 난수를 만들어 낸다. DRAM 접근 대기 시간(latency)에도 불규칙성이 존재하여 혼란 진원지 역할을 할 수 있음이 알려져 있는데, 요즘 널리 사용되는 동기식 DRAM (SDRAM)을 장착한 시스템에서는 접근 대기 시간의 불규칙성이 잘 노출되지 않으며, 난수 비트 패턴의 뭉침 현상이 심해진다. 이 문제를 xor 연산을 사용하여 해결하였다. 이 방법으로 만든 난수를 통계학적으로 평가하여 진난수에 필적하는 품질을 확인하였다. 이와 같은 난수 발생 방법의 성능은 100 Kbits/sec 수준이며, 별도의 장치나 회로를 요구하지 않아 DRAM을 장착하고 있는 여러 형태의 컴퓨터 장비에서 사용 가능하다.

• ETRI Journal
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• 제42권6호
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• pp.951-964
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• 2020

This paper presents a lightweight true random number generator (TRNG) using beta radiation that is useful for Internet of Things (IoT) security. In general, a random number generator (RNG) is required for all secure communication devices because random numbers are needed to generate encryption keys. Most RNGs are computer algorithms and use physical noise as their seed. However, it is difficult to obtain physical noise in small IoT devices. Since IoT security functions are required in almost all countries, IoT devices must be equipped with security algorithms that can pass the cryptographic module validation programs of each country. In this regard, it is very cumbersome to embed security algorithms, random number generation algorithms, and even physical noise sources in small IoT devices. Therefore, this paper introduces a lightweight TRNG comprising a thin-film beta-radiation source and integrated circuits (ICs). Although the ICs are currently being designed, the IC design was functionally verified at the board level. Our random numbers are output from a verification board and tested according to National Institute of Standards and Technology standards.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
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• 한국해양정보통신학회 2009년도 추계학술대회
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• pp.878-881
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• 2009

보안 관련 설계 기술 개발에 대해서는 국내와 국외의 현황이 거의 차이가 나지 않는다. 현재 2048 비트 RSA 처리 모듈이 개발되고 있는 추세이긴 하지만 처리 비트폭이 넓은 이유로 연산 처리 속도가 빠르지 않아 효율적 자원을 소모하면서 고속으로 동작되는 RSA 처리부의 설계가 필요하다. RNG (Random Number Generator) 개발 측면에서는 PRNG (Pseudo Random Number Generator)에서 TRNG (True Random Number Generator)로 바뀌는 추세이며 소면적 고속의 전용 RNG가 요구된다. 칩 레벨 보안 관련해서는 국내외 제조사별로 특허권 침해를 받지 않는 보안 칩 고유의 안전장치를 개발하고 있으며, 독자적인 칩 레벨의 안전장치가 필요하다.

• 한국정보처리학회:학술대회논문집
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• 한국정보처리학회 2014년도 추계학술발표대회
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• pp.992-993
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• 2014

임의 숫자는 여러 분야에서 다양하게 사용되고 있으며, 크게 True Random Number와 Pseudo Random Number로 구분지어 지는데, 대부분의 경우 Pseudo Random Number를 사용하고 있다. 이 경우, 동일한 Seed에 대해서는 항상 동일한 값을 반환하기 때문에, 진정한 임의 숫자라고 하기는 어렵다. 본 논문에서는 임의 숫자에 대한 기본 정의와 더불어 정지 영상을 이용하여 임의 숫자를 생성하는 방법에 대해 알아보고, 기존의 Pseudo Random Number와의 차이점을 설명하도록 하겠다.

• 사물인터넷융복합논문지
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• 제2권1호
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• pp.23-27
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• 2016

빛의 물리적 성질 중의 하나인 파동의 회절 현상을 설명하는 프레넬 회절과 간섭에 의해 생성되는 무아레 무늬가 있다. 본 논문에서는 무아레 무늬에서 생성되어지는 값들을 암호 시스템에서 사용되는 키로, 의사 난수 발생기에서 생성한 난수가 아닌 참난수로 만들어 사용할 수 있음을 제안한다.