Random number generators are essential hardware for generating cryptographic keys for information security. Among them, true random number generators, which generates random numbers using an entropy source, have the advantage of unpredictability compared to pseudo random number generators, which generate random numbers by algorithms, but have the disadvantage of power efficiency. This paper points out several problems of the existing research of true random number generators, and proposes an improved circuit method. Based on the method of random number generator for a research project that utilized the output voltage of silicon nanowire devices and the quantization noise of analog-to-digital converters as entropy sources, the proposed architecture is random number generator architecture using two-step successive approximate register analog-to-digital converter(SAR ADC). By repeating the process of returning the coarse quantization noise of the analog-to-digital converter to the next input, randomness is increased. It also has the advantage that signal conversion and random number generation can be performed sequentially in the same converter, and the performance of each operation is independent.
난수 발생기는 정보 보안을 위한 암호화키 생성을 위해 필수적인 하드웨어다. 그 중, 엔트로피 소스를 이용하여 난수를 생성하는 진성 난수 발생기는 알고리즘으로 난수를 발생시키는 의사 난수발생기에 비해 예측 불가능하다는 장점이 있지만, 전력 효율이 좋지 않다는 단점이 있다. 본 연구에서는 기존에 고안되었던 진성 난수 발생 기법들의 문제점들을 각각 지적하고, 개선된 회로 기법을 제시한다. 기존에 연구 과제로 진행되었던 실리콘 나노선 소자의 출력전압과 아날로그-디지털 변환기의 양자화 오차를 엔트로피 소스로 이용하여 제작하였던 난수발생기의 방법을 착안하여, 제안된 구조는 두 단계의 축차 비교형 아날로그-디지털 변환기를 이용한 향상된 난수발생기 구조이다. 아날로그-디지털 변환기에서 생기는 첫 번째 단계의 양자화 오차를 다음 입력으로 귀환시키는 과정을 반복함으로써 난수성을 증가시킨다. 또한, 신호 변환과 난수 발생을 같은 변환기에서 순차적으로 진행하며 각 동작의 성능은 독립적이라는 장점이 있다.
