无线传感器网络低功耗真随机源设计.pdf

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1、112传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2014年第33卷第2期无线传感器网络低功耗真随机源设计庞博，沈海斌，严晓浪(浙江大学超大规模电路设计研究所，浙江杭州310027)摘要：针对无线传感器网络(WSNs)密码安全应用过程中的低功耗需求和无线传感器网络节点集成微型化的趋势，提出一种新的真随机源设计方法用于生成高质量密钥来保证密码算法安全性。该方法基于概率计算单元构建斐波那契振荡随机源。由于概率计算单元工作状态在MOS管的亚阈值电流区，工作电流小使得设计功耗极低。同时，防止电路停振，设计概率信号放大单元保证随机

2、振荡正确性。本设计在中芯国际SMIC0．13jxm工艺下进行仿真验证，所产生的真随机序列性能良好。与基于数字逻辑门的振荡真随机源相比，功耗减小1000倍，面积也有明显减小，适合应用于无线传感器网络之中。关键词：无线传感器网络；真随机源；概率计算；低功耗；亚阈值中图分类号：TN402文献标识码：A文章编号：1000-9787(2014)O2--0112--03DesignoflowpowerconsumptiontruerandomnumbergeneratorforwirelesssensornetworksPANGbo，SHENHai_hin，YANXiao—la

3、ng(InstituteofVLSIDesign，ZhejiangUniversity，Hangzhou310027，China)Abstract：Aimingatlowpowerconsumptiondemandofciphersecurityapplicationprocessinwirelesssensornetworks(WSNs)andthetendencyofintegrationandmicromationofWSNs，anoveldesignmethodoftruerandomnumbergenerator(RNG)isproposedtogener

4、atehighqualitykeyswhichguaranteethesecurityofcryptographicalgorithms．ThismethodconstructsFibonaccioscillatingRNGbasedonprobabilitycalculatingcells．Becauseworkingstateofprobabilitycalculatingcellsareinsub—thresholdcurrentrangeofMOSFET，smallworkingcurentmakespowerconsumptionminimized．Mea

5、nwhile，topreventcircuittostoposcillating，SO—calledprobabilitysignalamplificationcellisdesignedtoguaranteecorrectionofrandomoscillation．SimulationtestisperformedinSMIC0．13uprocess．Randomnessoftheoutputrandomsequenceisprettywel1．ComparetotheFibonaccioscillatingRNGbasedondigitallogicgates

6、，powerconsumptionofthisdesignisreducedl000timesandtheareaissignificantlyreducedtoo，thereforeitissuitableforWSNsapplications．Keywords：wirelesssensornetworks(WSNs)；truerandom(RNG)；probabilitycalculation；lowpowerconsumption；sub—threshold0引言耗是值得研究的问题。无线传感器网络(WSNs)广泛应用于国防军事、城市传统的真随机源设计中，有文献

7、提出了使用数字逻辑门构建斐波那契振荡随机源，这类方法由于数字门级延管理、环境监测、防空反恐等领域，是当今世界的研究热点时小，导致产生的随机振荡的频率过高，使得此类振荡随机之一。为保证无线传感器网络中传递的保密信息、命令等源功耗过大。的安全性，需要使用密码算法进行加解密操作。使用真随本文提出一种新型的基于概率计算单元构建的斐波那机源产生性能良好的真随机序列进而生成密钥是保证密码契振荡随机源。与一般电路管子工作在饱和区不同，概率算法安全性的关键。计算单元所有的管件均工作在亚阈值饱和区，工作电流只无线传感器网络节点具有一个极为显著的特征：能量有百纳安级别，因此，功耗能