STM32F7 19 True random number generator (RNG)

  • 25 Replies
  • 311 Views
*

Offline tha

  • *****
  • 4854
    • View Profile
STM32F7 19 True random number generator (RNG)
« on: December 16, 2022, 08:26:33 am »
19 True random number generator (RNG)

19.1 Introduction

The RNG คือ a true random number generator ที่จัดให้มี 32-bit entropy samples อย่างต่อเนื่อง, มีรากฐานบน an analog noise source. มันสามารถถูกใช้โดย the application เป็น a live entropy source เพื่อสร้างd a NIST compliant Deterministic Random Bit Generator (DRBG).

The RNG true random number generator ถูกตรวจสอบความถูกต้องแล้วตาม the German AIS-31 standard.

*

Offline tha

  • *****
  • 4854
    • View Profile
Re: STM32F7 19 True random number generator (RNG)
« Reply #1 on: December 16, 2022, 09:03:28 am »
19.2 RNG main features

•   The RNG ส่งมอบ 32-bit true random numbers, ที่ผลิตโดย an analog entropy source ที่ประมวลผลภายหลังด้วย linear-
     feedback shift registers (LFSR).
•   มันถูกตรวจสอบความถูกต้องตาม the AIS-31 pre-defined class PTG.2 evaluation methodology, ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ the
     German Common Criteria (CC) scheme.
•   มันผลิต one 32-bit random samples ทุกๆ 42 RNG clock cycles (clock ที่อุทิศให้).
•   มันอนุญาตให้ embedded continuous basic health tests ที่มี associated error management
     –   รวม too low sampling clock detection และ repetition count tests.
•   มันสามารถถูกปิดใช้งานเพื่อลด power consumption.
•   มันมี an AMBA AHB slave peripheral, สามารถเข้าถึงได้ผ่านทาง 32-bit word single accesses เท่านั้น (นอกเหนือจากนั้น an
     AHB bus error จะถูกสร้าง). คำเตือน! การเขียนใด ๆ ที่ไม่เท่ากับ 32 bits อาจทำให้ the register content เสียหาย.

*

Offline tha

  • *****
  • 4854
    • View Profile
Re: STM32F7 19 True random number generator (RNG)
« Reply #2 on: December 16, 2022, 09:13:33 am »
19.3 RNG functional description

19.3.1 RNG block diagram

Figure 116 แสดง the RNG block diagram.


*

Offline tha

  • *****
  • 4854
    • View Profile
Re: STM32F7 19 True random number generator (RNG)
« Reply #3 on: December 16, 2022, 01:35:15 pm »
19.3.2 RNG internal signals

Table 121 อธิบายรายการของประโยชน์น่ารู้ internal signals มีให้ใช้งานที่ the RNG level, ไม่ใช่ที่ the STM32 product level (on pads).


*

Offline tha

  • *****
  • 4854
    • View Profile
Re: STM32F7 19 True random number generator (RNG)
« Reply #4 on: December 16, 2022, 02:07:27 pm »
19.3.3 Random number generation

The true random number generator (RNG) ส่งมอบ random data อย่างแท้จริงผ่านทาง AHB interface ของมันในช่วงเวลาที่กำหนด. The RNG จัดให้มีใช้ the entropy source model ตามภาพใน Figure 117, และจัดให้มีฟังก์ชันหลักสามประการสำหรับแอปพลิเคชัน:
•   รวบรวม the bitstring output ของ the entropy source box
•   รับตัวอย่างของ the noise source เพื่อวัตถุประสงค์ในการตรวจสอบความถูกต้อง
•   รวบรวม error messages จาก continuous health tests



ส่วนประกอบหลักของ the RNG คือ:
•   แหล่งที่มาของ physical randomness (analog noise source)
•   ขั้นตอนการแปลงเป็นดิจิทัลสำหรับ analog noise source นี้
•   ขั้นตอนการส่งมอบ post-processed noise source (raw data)
•   An output buffer สำหรับ the raw data. ถ้า cryptographic conditioning เพิ่มเติมถูกต้องการโดย the application มันจะ
     จำเป็นต้องถูกดำเนินการโดย software.
•   เอาต์พุตเสริมสำหรับ the digitized noise source (ไม่มีบัฟเฟอร์, บน digital pads)
•   Basic health tests บน the digitized noise source

*

Offline tha

  • *****
  • 4854
    • View Profile
Re: STM32F7 19 True random number generator (RNG)
« Reply #5 on: December 17, 2022, 10:35:15 am »
ส่วนประกอบทั้งหมดถูกให้รายละเอียดด้านล่าง

Noise source

The noise source เป็นองค์ประกอบที่บรรจุ the non-deterministic, entropy-providing activity ที่ในที่สุดรับผิดชอบต่อความไม่แน่นอนที่เกี่ยวข้องกับ the bitstring output โดย the entropy source. มันถูกประกอบด้วย:
•   Two analog noise sources, แต่ละมีรากฐานบน three XOR free-running ring oscillator outputs. มันสามารถเป็นได้ที่จะ
     ปิดใช้งาน analog oscillators เหล่านั้นเพื่อประหยัดพลังงาน, ดังอธิบายใน Section 19.4: RNG low-power usage.
•   ขั้นตอนการสุ่มตัวอย่างของเอาต์พุตเหล่านี้ถูกให้สัญญานนาฬิกาโดย a dedicated clock input (rng_clk), ส่งมอบ a 2-bit raw data
     output.

noise source sampling นี้เป็นอิสระจาก the AHB interface clock frequency (rng_hclk).

Note: ใน Section 19.7: Entropy source validation recommended(ที่แนะนำ) RNG clock frequencies ถูกให้ไว้.

*

Offline tha

  • *****
  • 4854
    • View Profile
Re: STM32F7 19 True random number generator (RNG)
« Reply #6 on: December 17, 2022, 11:13:02 am »
Post processing

The sample values ที่ได้รับจาก a true random noise source ประกอบด้วย 2-bit bitstrings. เนื่องจาก noise source output นี้ถูกไบอัส, the RNG จัดให้มีใช้ a post-processing component ที่ลดการไบอัสนั้นให้อยู่ในระดับที่ยอมรับได้.

The RNG post-processing ประกอบด้วยสองขั้นตอน ซึ่งนำไปใช้กับแต่ละ noise source bits:
•   The RNG เอาครึ่งหนึ่งของ the bits จาก the sampled noise source, และครึ่งหนึ่งของ the bits จาก inverted sampled noise
     source. ดังนั้น, ถ้า the source สร้าง ‘1’ มากกว่า ‘0’ (หรือตรงกันข้าม), มันจะถูกกรอง
•   A linear feedback shift register (LFSR) ดำเนินการ a whitening process, ผลิต 8-bit strings.

ส่วนประกอบนี้ถูกให้สัญญานนาฬิกาโดย the RNG clock.

The times ที่ต้องการระหว่าง two random number generations, และระหว่าง the RNG initialization และ availability of first sample ถูกอธิบายใน Section 19.6: RNG processing time.

*

Offline tha

  • *****
  • 4854
    • View Profile
Re: STM32F7 19 True random number generator (RNG)
« Reply #7 on: December 17, 2022, 11:50:47 am »
Output buffer

The RNG_DR data output register สามารถจัดเก็บมากถึง two 16-bit words ซึ่งถูกส่งออกมาจาก the post-processing component (LFSR). เพื่ออ่านกลับ 32-bit random samples ต้องรอ 42 RNG clock cycles.

เมื่อใดก็ตามที่ a random number มีให้ใช้งานผ่านทางh the RNG_DR register the DRDY flag เปลี่ยนผ่านจาก “0” ไปเป็น “1”. แฟล็คนี้ยังคง high จนกว่า output buffer กลายมาเป็นว่างเปล่าหลังจากการอ่าน one word จาก the RNG_DR register.

Note:  เมื่อ interrupts ถูกเปิดใช้งาน an interrupt จะถูกสร้างเมื่อ data ready flag นี้เปลี่ยนผ่านจาก “0” ไปเป็น “1”. Interrupt จาก
           นั้นจะถูกเคลียร์โดยอัตโนมัติโดย the RNG ดังที่อธิบายข้างบน.