Vers des générateurs de nombres aléatoires uniformes et gaussiens à très haut débit

par Renaud Santoro

Thèse de doctorat en Traitement du signal et télécommunications

Sous la direction de Olivier Sentieys.

Soutenue en 2009

à Rennes 1 .


  • Résumé

    Les générateurs de nombres vraiment aléatoires (TRNG) produisent des séquences binaires aléatoires indépendantes, imprédictibles et uniformément réparties. Les TRNG sont nécessaires dans toutes sortes d'applications (cryptographie, télécommunications, simulations numériques, test, etc. ) et leur implantation matérielle au sein de système embarqué reste une tâche délicate et primordiale dans un grand nombre de systèmes. L'évaluation d'un TRNG est complexe car la qualité de la séquence est fonction de la source de bruit utilisée, de l'environnement extérieur et de l'implantation au sein du circuit ciblé. Un des premiers objectifs de cette thèse a été de proposer une méthodologie objective analysant la qualité de TRNG intégré dans des systèmes sur puce. Cependant, malgré la qualité du générateur sélectionné, l'aléa en sortie du TRNG peut varier au cours du temps à cause d'attaques externes possibles sur le circuit, du débit, de variation des conditions extérieures ou encore du vieillissement des composants. Afin d'améliorer la robustesse d'un TRNG, l'utilisation de tests statistiques matériels (AIS 31, FIPS, Diehard) permet ainsi d'analyser en temps et en conditions réelles les TRNG au sein du circuit avec un coût limité et pour des débits atteignant 140 Mbits/s. Le test en ligne du générateur permet de contrer les attaques, d'optimiser le débit et d'éliminer les séquences défaillantes. Finalement, un RNG hybride couplant TRNG et PRNG à très haut débit a été implanté sur une cible reconfigurable et au sein d'un circuit VLSI. L'étude menée sur le RNG hybride a débouché sur un partenariat industriel avec l'entreprise Smart-Quantum. Un dispositif permettant de générer des variables aléatoires suivant une loi gaussienne ou de Rayleigh a également été proposé. La qualité et le débit de ce générateur dépassent ceux de l'état de l'art, ce qui permet d'envisager des applications telles que la simulation temps réel de canaux de propagation radio.

  • Titre traduit

    Towards very high data rate uniform and Gaussian random nimbers generators


  • Résumé

    Generating truly random numbers (TRNG) produce independent random binary sequences, unpredictable and uniformly distributed. A TRNG is necessary in many applications (cryptography, telecommunications, computer simulations, testing,. . . ) and their hardware implementation in embedded system is a delicate task and critical in many systems. Evaluation of a TRNG is complex because the quality of the sequence is a function of the noise source used in the external environment and the location within the target circuit. A primary objective of this thesis was to propose an objective methodology for analyzing the quality of TRNG embedded in SoCs. However, despite the quality of the selected generator, the random output of the TRNG can vary in time due to possible external attacks on the circuit, the speed of change in external conditions or aging components. To improve the robustness of a TRNG, the use of statistical tests (AIS 31, FIPS, Diehard) allows to analyze in time and in real conditions the TRNG in the circuit with a limited cost and for speeds up to 140 Mbps. The online tests help to prevent malicious attacks, optimize throughput and eliminate defective sequences. Finally, a hybrid combining TRNG and PRNG at very high data rate has been implemented on a reconfigurable target and within a VLSI circuit. The study conducted on the RNG hybrid resulted in an industrial partnership with the company Smart-Quantum. A device for generating random variables following a Gaussian or Rayleigh has also been proposed. The quality and speed of the generator exceeds those of prior art, which allows to consider applications such as real-time simulation of radio propagation channels.

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La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (IX-186 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. [153]-163

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université de Rennes I. Service commun de la documentation. Section sciences et philosophie.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TA RENNES 2009/124
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