Generador de números aleatorios basado en metaestabilidad en un FPGA

Abstract

Los números aleatorios se han convertido en la base de la criptografía moderna y los arrays de puertas programables (FPGA) son una tecnología cada vez más utilizada en el mundo de la electrónica. Por ello el propósito de este proyecto ha sido crear un generador de números aleatorios en FPGA basado en el fenómeno de metaestabilidad. Este fenómeno se basa en la captura de in dato no vñalido por parte de un flip flop, provocado adrede con la llegada simultanea de su entrada de datos y de reloj. De esta manera, rompiendo las reglas de diseño, se generan muestras aleatorias en su salida que posteriormente son analizadas para determinar su aleatoriedad. Para determinar la validez de los números se hace pasar una batería de test a un gran número de muestras. La mayoría de aplicaciones que derivan de este circuito están relacionadas con la ciberseguridad, pero también pueden utilizarse en otros campos que precisen de aleatoriedad, como loterías o videojuegos.
Abstract:
Random numbers have become modern cryptography's basis, and field programmable gate arrays (FPGA) are a technology increasingly used in electronic's world. Therefore, the purpose of this project has been to create a random number generator in FPGA based on the metastability phenomenon. This phenomenon is based on the capture of an invalid data by a flip flop, deliberately caused by the simultaneous arrival of the data input and signal clock. In this way, breaking the design rules, random samples are generated in their output which later are analyzed to determine their randomness. Finally, a test battery has been passed to a large number of samples that have validated the designed circuit. The majority of applications that derive from this circuit are related to cybersecurity, but they can also be seen in other fields that require randomness, such as lotteries or videogames.