2018 Fiscal Year Research-status Report
Quality Improvement of Natural Data for Security by Controling Initial State
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17K06404
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
篠原 尋史 早稲田大学, 理工学術院(情報生産システム研究科・センター), 特任教授 (50531810)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | PUF / 乱数 / TRNG / ビットエラー率 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度成果を改良し、PUF, TRNGほぼ目標性能を達成した。
PUFでは、1Kbit 7T SRAM PUFを改良し。室温での測定結果から、ビットエラー率で0.51%（目標0.5%）を達成した。更に可変REQの抵抗値変化方法を調節してビットエラー率は0.65%に悪化するものの消費エネルギーを30%削減した。
TRNGでは、ラッチベースのTRNGを改良し、電源電圧1.1V～1.8Vの広い範囲で平均エントロピーが約0.45（目標0.5）を達成した。更に、バックアップ策の付加容量C2L,C2Rのトリミング機構を実施し、デジタル調整によりエントロピーが予想通り変化することを確認した。
PUFのアンバランス強化では、ビットエラー率を1/50 (1.5%から0.03%)にするBTI温度・電圧加速条件を求め、実証した。
PUFの軽量ECCでは、軽量ECCとしてBCH(128,113,5) （エラー訂正能力1.8%）を想定した。この場合、ビットエラー率は0.03%から7.9x10-8に減少するので、総合目標をクリアする。TRNGの軽量混ぜ合わせ論理では、改良フォンノイマンアルゴリズムで最大出力レートが従来の2.5倍の62.5%であるVN_8+waitingを設計し130nm CMOS TEGに搭載した。この出力レートと前記TRNG平均エントロピーの積は0.28であることから。概算であるが6bitから、総合目標以上の1.7bit（=6x0.28）の高品質乱数が得られる計算となる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
PUFとTRNG各々単体で、最終目標に近い数値が得られた。
これらに、軽量ECCや軽量混ぜ合わせ論理を組み合わせることで、計算上総合目標をクリアした。
更に、改良7T SRAM PUFとBTI技術の組み合わせやTRNGの付加容量C2L,C2Rトリミング機構追加で初期の目標を上回る結果が得られる見通しが立った。
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| Strategy for Future Research Activity |
PUFでは、7T SRAM PUFの可変REQの抵抗値変化方法最適化とBTIによるアンバランス強化を組み合わせて、初期の目標を上回る単体性能を実証する。更に軽量ECCであBCH(128,113,5)との組み合わせで、総合目標のビットエラー率10-7以下を達成する。
TRNGでは、TRNGの付加容量C2L,C2Rトリミング機構の改良で初期の目標を上回る結果を実証する。更に軽量混ぜ合わせ論理を組み合わせることで、総合目標である6bit出力の混合でNISTテストを満たす1bit 乱数生成を実証する。
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| Causes of Carryover |
予定していた学会参加を取りやめたため。2019年4月開催のIEEE VLSI-DAT (International Symposium on VLSI Design, Automation and Test)の参加費等として使用する。
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