一种基于混沌压电MEMS振荡器的无后处理真随机数生成器

《IEEE Electron Device Letters》：A Post-Processing-Free True Random Number Generator Based on a Chaotic Piezoelectric MEMS Oscillator

硬件真随机数生成器通过ScAlN压电振荡器的幅度调制诱导混沌内部共振，直接生成高质熵比特流，无需统计后处理，1.512-Mbit数据通过NIST 800-22和800-90B测试，非-IID最小熵达0.843885，自相关函数±0.00159（95%CI）。

　　

摘要：

基于混沌微机电系统（MEMS）振荡器的硬件真随机数生成器（TRNG）通常面临一些实际限制，包括操作过程中的滞后现象、较高的驱动电压，以及严重依赖统计后处理来确保随机性。本研究通过展示一种利用振幅调制（AM）在ScAlN压电振荡器中诱导混沌内部共振（IR）的TRNG，克服了这些挑战。振幅调制驱动的动态过程将振荡器的周期性信号转化为一种稳定、非周期性的波形，从而提供了高质量物理熵的直接来源。该TRNG生成的1.512 Mbit比特流以540 kbps的比特率输出，通过了所有NIST 800-22和800-90B独立同分布（IID）测试。该比特流的非独立同分布最小熵值为0.843885，自相关函数（ACF）值在95%置信区间（CI）内的值为±0.00159，这证明了基于振幅调制的混沌内部共振振荡器是一种简单、占用面积小且可靠的片上加密硬件实现方式。