The emerging Spin Transfer Torque Magnetic Tunnel Junction (STT-MTJ) technology exhibits interesting stochastic behavior combined with small area and low operation energy. It is, therefore, a promising technology for security applications, specifically the generation of random numbers. In this paper, STT-MTJ is used to construct an asynchronous true random number generator (TRNG) with low power and a high entropy rate. The asynchronous design enables decoupling of the random number generation from the system clock, allowing it to be embedded in low-power devices. The proposed TRNG is evaluated by a numerical simulation, using the Landau-Lifshitz-Gilbert (LLG) equation as the model of the STT-MTJ devices. Design considerations, attack analysis, and process variation are discussed and evaluated. We show that our design is robust to process variation, achieving an entropy generating rate between 99.7Mbps and 127.8Mbps with 6-7.7 pJ per bit for 90% of the instances.


翻译:新兴的自旋转移矩磁隧道结(STT-MTJ)技术展现出有趣的随机行为,同时具有面积小和操作能耗低的优点。因此,该技术在安全应用中具有广阔前景,特别是在随机数生成领域。本文采用STT-MTJ构建了一种异步真随机数发生器(TRNG),该发生器功耗低且熵率高。异步设计将随机数生成与系统时钟解耦,使其能够嵌入低功耗设备中。通过使用朗道-利夫希茨-吉尔伯特(LLG)方程作为STT-MTJ器件的模型,对提出的TRNG进行了数值仿真评估。讨论了设计考量、攻击分析和工艺偏差的影响,并进行了评估。结果表明,我们的设计对工艺偏差具有鲁棒性,对于90%的实例可实现99.7Mbps至127.8Mbps的熵生成速率,每比特能耗为6-7.7 pJ。

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