近日，我院系統(tǒng)結構實驗室硬件安全團隊與安徽大學集成電路學院合作提出并實現了一種利用耦合異或的網狀拓撲作為熵源，通過在網絡中耦合振蕩器來產生高度緊湊和高吞吐量的真隨機數發(fā)生器(TRNG)結構，相關成果以”Ultra-High Efficiency TRNG IP Based on Mesh Topology of Coupled-XOR”為題發(fā)表在電路與系統(tǒng)領域的國際頂級期刊IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers上。

在物聯(lián)網時代，真隨機數發(fā)生器(TRNG)作為一種重要的硬件安全原語保障物聯(lián)網設備的操作和通信安全。然而，在高速通信、云計算、機器學習和高速實時加密等高速應用場景中，現有的真隨機數生成器的吞吐量無法滿足高速系統(tǒng)的要求。因此，研究高吞吐率、高資源利用率的新型真隨機數發(fā)生器具有重要意義。該團隊提出了基于抖動-亞穩(wěn)態(tài)的最簡化基本單元，并通過該單元的網狀拓撲結構實現了內部信號的快速隨機振蕩，顯著提高了TRNG的吞吐率。

圖 熵源電路結構

表 與相關研究在吞吐量和硬件資源消耗的比較

文章通過MATLAB對熵源電路進行了建模，仿真結果證明了內部節(jié)點輸出的隨機性和不可重復性。此外，采用Xilinx Artix-7和Kintex-7 FPGA對所提出的TRNG結構進行了硬件設計與測試。實驗結果表明，所設計的在實現2.4Gbps吞吐率的同時具有較高的隨機性和魯棒性，在效率方面具有顯著的優(yōu)勢。

該論文得到國家自然科學基金項目的資助。合肥工業(yè)大學為該論文第一署名單位。作者包括魯迎春副教授、許恩溥、劉宇杰、陳金林、梁華國教授、黃正峰教授，安徽大學集成電路學院姚亮老師為本文通訊作者。

論文鏈接地址：https://doi.org/10.1109/TCSI.2025.3555325.