A Study on the importance of chaotic oscillators based on FPGA for true random number generating (TRNG) and chaotic systems

Rasgele sayı üreteçleri kriptografi, Monte-Carlo metodunun kullanıldığı uygulamalar, bilgisayar benzetimleri ve modellemeleri ile sayısal analiz uygulamaları gibi birçok alanda kullanılmaktadır. Hızlı, güvenli ve yoğun işlem gerektiren kriptografi ve güvenli haberleşme alanlarında kullanılan GRSÜ’ lerde entropi kaynağı olarak deterministik karaktere sahip olmayan fiziksel yöntemler kullanılmaktadır. Bu yöntemler doğrudan kuvvetlendirme, çift osilatör ve kaos tabanlı uygulamalardır. Kaotik osilatörlerin gürültü benzeri özellikler taşımaları ve bilgi işaretini gizleyebilme gibi özelliklerinden dolayı kaos tabanlı GRSÜ yapıların geliştirilmesi üzerine son yıllarda büyük çabalar sarf edilmektedir. Sayısal devre üzerinde (DSPs, ASIC, FPGA) kaos tabanlı GRSÜ’ leri geleneksel kaos tabanlı analog yapılarına göre etkili bir alternatiftir. Çünkü analog kaotik işaret üreteci kullanan GRSÜ sistemlerinde verici ile alıcının çok iyi şekilde senkronize edilmesi zordur. Bunların devre gerçeklemelerinde ısıl veya saçılma gürültüsü gibi fiziksel gürültü üreten zayıf kaynaklar kullanılmaktadır. Sayısal tabanlı FPGA çipleri yüksek performans ve işlemci gücü gerektiren kriptoloji ve güvenli haberleşme gibi uygulamalarda bilgi güvenliği kapasitesini iyileştirmede önemli bir potansiyele sahiptir. Bu çalışmada son yıllarda tasarlanan kaotik sistemler ile FPGA üzerinde tasarlanan kaos tabanlı GRSÜ’ lerinin detaylı bir araştırılması ve geleneksel yöntemlerle performans karşılaştırılmaları yapılmıştır.The random number generators are used in many areas such as cryptography, the applications where the Monte-Carlo method is used, the application of numerical analysis with computer simulations and modeling. TRNGs that is used in the field of cryptography and secure communications require fast, secure and intensive process of the physical methods that do not have deterministic character are used as entropy source. These methods are direct reinforcement, dual oscillator and chaos-based applications. In recent years the great efforts are being made in the area of developing the chaos-based TRNG structures due to noise-like features and the ability of hiding informatory sign of chaotic oscillators. Chaos based TRNG‘s within the digital circuits are an effective alternative to the traditional chaos-based analog structure. Because TRNG systems that use analog chaotic signal generator are difficult to be synchronized with the transmitter and receiver. In addition, the weak resources that generates physical noises like thermal or scattering are used on the implementation of these circuits. The digital-based FPGA chips have a significant potential in improving the information security capabilities in some applications as cryptology and securing the communication which requires high performance and processor power. In this study, performance differences between conventional method of TRNG that used chaotic system and recently designed FPGA based chaotic systems have been compered