近日，我院系统结构实验室硬件安全团队与安徽大学集成电路学院合作提出并实现了一种利用耦合异或的网状拓扑作为熵源，通过在网络中耦合振荡器来产生高度紧凑和高吞吐量的真随机数发生器(TRNG)结构，相关成果以”Ultra-High Efficiency TRNG IP Based on Mesh Topology of Coupled-XOR”为题发表在电路与系统领域的国际顶级期刊IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers上。

在物联网时代，真随机数发生器(TRNG)作为一种重要的硬件安全原语保障物联网设备的操作和通信安全。然而，在高速通信、云计算、机器学习和高速实时加密等高速应用场景中，现有的真随机数生成器的吞吐量无法满足高速系统的要求。因此，研究高吞吐率、高资源利用率的新型真随机数发生器具有重要意义。该团队提出了基于抖动-亚稳态的最简化基本单元，并通过该单元的网状拓扑结构实现了内部信号的快速随机振荡，显著提高了TRNG的吞吐率。

图 熵源电路结构

表 与相关研究在吞吐量和硬件资源消耗的比较

文章通过MATLAB对熵源电路进行了建模，仿真结果证明了内部节点输出的随机性和不可重复性。此外，采用Xilinx Artix-7和Kintex-7 FPGA对所提出的TRNG结构进行了硬件设计与测试。实验结果表明，所设计的在实现2.4Gbps吞吐率的同时具有较高的随机性和鲁棒性，在效率方面具有显著的优势。

该论文得到国家自然科学基金项目的资助。合肥工业大学为该论文第一署名单位。作者包括鲁迎春副教授、许恩溥、刘宇杰、陈金林、梁华国教授、黄正峰教授，安徽大学集成电路学院姚亮老师为本文通讯作者。

论文链接地址：https://doi.org/10.1109/TCSI.2025.3555325.