The security of electronic devices has become a key requisite for the rapidly-expanding pervasive and hyper-connected world. Robust security protocols ensuring secure communication, device's resilience to attacks, authentication control and users privacy need to be implemented. Random Number Generators (RNGs) are the fundamental primitive in most secure protocols but, often, also the weakest one. Establishing security in billions of devices requires high quality random data generated at a sufficiently high throughput. On the other hand, the RNG should exhibit a high integration level with on-chip extraction to remove, in real time, potential imperfections. We present the first integrated Quantum RNG (QRNG) in a standard CMOS technology node. The QRNG is based on a parallel array of independent Single-Photon Avalanche Diodes (SPADs), homogeneously illuminated by a DC-biased LED, and co-integrated logic circuits for postprocessing. We describe the randomness generation process and we prove the quantum origin of entropy. We show that co-integration of combinational logic, even of high complexity, does not affect the quality of randomness. Our CMOS QRNG can reach up to 400 Mbit/s throughput with low power consumption. Thanks to the use of standard CMOS technology and a modular architecture, our QRNG is suitable for a highly scalable solution.


翻译:电子装置的安全已成为迅速扩大普遍和超链接世界的关键条件。 需要实施强有力的安全协议,确保安全通信、设备对攻击的复原力、认证控制和用户隐私。 随机数字生成器(RNGs)是最安全协议中最基本的原始,但往往是最弱的。 建立数十亿个装置的安全需要以足够高的模块化输出量生成的高品质随机数据。 另一方面, RNG应该展示高集成水平的芯片抽取,以实时消除潜在的不完善。 我们在标准 CMOS 技术节点中展示了第一个综合的Qauntum RNG(QNG ) 。 QRNG基于一系列平行的独立单一- Photon Avalanche Diodes(SPDs), 由DC- 偏差 LED 和 后处理的共同集成逻辑解导出。 我们描述了随机性生成过程,我们证明了400个Qropy的量源。 我们展示了混合逻辑的结合,甚至高复杂性的Q- C- Q- Pal 和Q- NGMM 技术的随机性,不会影响我们C- 的C- Pal 的C- Pal 和Q- Q- S- Pal 的C- S- s- sal Q- slental Q- sal 技术的Q- sal 的Q- sqental 和Q- sqental 和Q- sq- sqental 的Q- sqental 技术的Q- sqental 的混合性能能 质量。

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