Desenvolvimento de TRNG (True Random Number Generator) através de células memristoras

Abstract

A criptografia segue sendo um tópico cada vez mais predominante na literatura, com a sua importância crescente, devido, sobretudo, ao desenvolvimento de processadores cada vez mais rápidos e tecnologias cada vez mais interconectadas. Sendo assim, o seguinte trabalho se propõe a idealizar um dispositivo conhecido como TRNG (True Random Number Generator, ou, em português, Gerador de Números Aleatórios Verdadeiros). TRNG é um dispositivo que gera números aleatórios a partir de um processo físico, e não por meio de um algoritmo. Tais dispositivos são frequentemente baseados em fenômenos microscópicos que geram sinais de "ruído" estatisticamente aleatórios de baixo nível, como ruído térmico, efeito fotoelétrico, ou fenômenos quânticos. Esses processos estocásticos são, em teoria, completamente imprevisíveis enquanto uma equação que governa tais fenômenos for desconhecida ou incomputável. Isso contrasta com o paradigma de geração de números pseudo-aleatórios comumente implementado através de algoritmos. As sequências de números são usadas em diversos processos, dentre os quais a criptografia. O dispositivo desenvolvido terá a necessidade de ser compatível com a tecnologia atual, propondo-se a sanar a demanda criptográfica cada vez mais latente, dando confiabilidade e segurança aos sistemas computacionais. Utilizaremos no seguinte estudo o conceito de TRNG’s baseados em RTN (Random Telegraph Noise), um ruído de características aleatórias, presente em semicondutores. O RTN será obtido de células conhecidas como memristoras. Embora a ideia de TRNG’s baseados em RTN não seja nova na literatura, o estudo fará a análise em células com diferentes semicondutores, um dos quais, o hBN (nitreto de boro hexagonal), ainda pouco estudado.

Cryptography continues getting more prominent in the literature, with its importance growing due to the development of faster computer processing and more interconnected technologies getting available (IoT). Therefore, the following study will develop a device known as TRNG (True Random Number Generator). TRNG is a device that generates random numbers from a physical process, not through an algorithm. Such devices are often based on microscopic phenomena that generate low-level, statistically random "noise" signals, such as thermal noise, the photoelectric effect, or quantum phenomena. These stochastic processes are, in theory, completely unpredictable as long as an equation governing such phenomena is unknown or uncomputable. This contrasts with the pseudo-random number generation paradigm commonly implemented through algorithms. The developed device needs to be compatible with today’s technology, solving the present growth of cryptographic need, offering reliability and security to computational systems. We will use the concept of RTN (Random Telegraphic Noise) based TRNG’s. RTN is a noise of random characteristics, present in semiconductors. This RTN will be obtained from cells known as memristors. Although the idea of RTN based TRNG’s is not new, this study will analyze cells with a variety of semiconductors, one of which, hBN (hexagonal boron nitride), still not very studied.