A secure system requires cryptography and effective cryptography requires high quality system entropy. Within a virtualized Linux environment the quality and the amount of system entropy can be over overestimated. These virtualized environments can also have difficulty generating entropy data. To address the problems with entropy in virtualized Linux environments, my thesis investigates and evaluates exposing a unique true random number generator via an entropy-sharing tool called Entropy Broker. Entropy Broker distributes entropy data generated by the true random number generator to several virtualized Linux guest systems to increase the entropy of each system and in turn, increase the security of their cryptographic libraries. Entropy Broker and the true random number generator are evaluated against the Linux pseudo random number generator, the Haveged pseudo random number generator, and an on chip random number generator developed by Intel. / May 2016

Les générateurs de suites binaires aléatoires constituent la partie primordiale d'un système cryptographique. La vitesse, la qualité des suites générées, la sécurité et la consommation jouent un rôle essentiel dans le choix d'un générateur. La sécurité du système cryptographique augmente si un tel système peut être réalisé dans un seul circuit.Le travail de recherche développé consiste donc en la réalisation d'un générateur de nombres aléatoires fonctionnant en basse consommation, basse vitesse. Le circuit proposé est de type analogique et valide l'ensemble des tests NIST assurant le caractère du signal. Une réalisation sur Silicium en technologie 0,35μm a été implémentée et validée via les tests NIST développés sous Matlab. De ce travail de thèse, un certain nombre de publications ont montré la plus-value recherche des résultats. / Random binary sequences generators constitute the essential part of a system Cryptographic. The speed, quality of generated suites, safety and consumption play an essential role in the selection of a generator. The security of the cryptographic system increases if such a system can be realized in a single circuit.The developed research work consists in the realization of a random number generator running in low power, low speed. The proposed circuit is analog and Valid all NIST tests ensuring the randomness of a signal.A realization on silicon in 0,35μm technology has been implemented and validated through NIST developed tests Matlab. In this thesis, a number of publications have demonstrated the added value search results.

Variability in the genetic information DNA tracking individuals carry is easy to detect using molecular markers. In the thesis we examined related Dracaena species. For the study of genetic diversity in the genus Dracaena are used mainly noncoding regions of cpDNA, spacer trnH -- psbA, regions trnL -- trnF and trnS -- trnG -- trnG, which are more variable than coding regions. Also used in this work were coding regions of matK and rbcL. In the genus Dracaena belongs xerophytic species that are characterized by typical shaped treetop. 14 representatives of species were used in thesis growing in tropical regions of the African continent and adjacent islands and the southeastern part of the Arabian peninsula. They are monocotyledonous trees with atypical abilities of secondary thickness of trunk, which I find interesting. The massive trunk is very strong and there is potencial to used it for wood. Trees are very significant for their red plant sap which flowing from demaged trunk. The sap is very precious resource which is used in many areas of industry, for example pharmacy, traditional medicine, dye making etc. Determination of genetic affinity was based on an amplification of cpDNA template of individual Dracaena samples with primers for the studied regions. Data was obtained and evaluated by Multiple alignment program ClustalX and BioEdit after their sequencing. Evalueted data was used to create dendograms affinity. According the resulting phylogenetic tree we find out similarities and identified relationship of the monitored species of the genus Dracaena. The main purpose of research was to get answers to understand phylogenetic relationship between group of Dracaena forestry used trees. The thesis was made in cooperation of Department of Forest Botany, Dendrology and Geobiocoenology, Faculty of Forestry and Wood Technology of Mendel University in Brno.

Cette thèse adresse le sujet de la génération de suites binaires aléatoires dans les circuits logiques programmables FPGA et plus particulièrement les suites dont l’origine aléatoire est de nature physique et non algorithmique. De telles suites trouvent une utilisation abondante dans la plupart des protocoles cryptographiques. Un état de l’art portant sur les différentes méthodes de génération de vrai aléa dans les circuits logiques programmables est présenté sous forme d’analyse critique d’articles scientifiques. Une synthèse des différentes tendances dans l’extraction et la génération d’aléa est également présentée. Une campagne d’expériences et de mesures est présentée visant à caractériser les différentes sources de signaux aléatoires disponibles à l’intérieur du FPGA. Des phénomènes intéressants tel le verrouillage de plusieurs oscillateurs en anneau, la dépendance de la source d’aléa vis-à-vis de la logique environnante et la méthodologie de mesure du jitter sont analysés. Plusieurs méthodes nouvelles de génération de suites binaires aléatoires sont décrites. Finalement une méthodologie nouvelle de simulation en VHDL de générateurs complets ainsi qu’un modèle mathématique d’un oscillateur en anneau en tant que source d’aléa sont présentés / This thesis addresses the topic of the generation of random binary streams in FPGA and especially random sequences whose origin is physical and not algorithmic. Such sequences find abundant use in most cryptographic protocols. A state of the art regarding the various methods of generating true randomness in programmable logic is presented as a critical analysis of scientific articles. A synthesis of different trends in the extraction and generation of true randomness is presented. A campaign of experiments and measurements is presented to characterize the different sources of random signals available inside the FPGA. Interesting phenomena such as the locking of several ring oscillators and the sensibility of the source of randomness depending to the surrounding logic activity are reported. Several new methods for generating random binary sequences are described and analyzed. Finally a new simulation methodology in VHDL and a mathematical model of a ring oscillator as a source of randomness for TRNG are presented

Les générateurs de nombres véritablement aléatoires (TRNG) sont des composants cruciaux dans certaines applications cryptographiques sensibles (génération de clés de chiffrement, génération de signatures DSA, etc). Comme il s’agit de composants très bas-niveau, une faille dans le TRNG peut remettre en question la sécurité de tout le système cryptographique qui l’exploite. Alors que beaucoup de principes de TRNG existent dans la littérature, peu de travaux analysent rigoureusement ces architectures en termes de sécurité. L’objectif de cette thèse était d’étudier les avantages des techniques de conception asynchrone pour la conception de générateurs de nombres véritablement aléatoires (TRNG) sûrs et robustes. Nous nous sommes en particulier intéressés à des oscillateurs numériques appelés anneaux auto-séquencés. Ceux-ci exploitent un protocole de requêtes et acquittements pour séquencer les données qui y circulent. En exploitant les propriétés uniques de ces anneaux, nous proposons un nouveau principe de TRNG, avec une étude théorique détaillée sur son fonctionnement, et une évaluation du cœur du générateur dans des cibles ASIC et FPGA. Nous montrons que ce nouveau principe permet non seulement de générer des suites aléatoires de très bonne qualité et avec un très haut débit (>100 Mbit/s), mais il permet aussi une modélisation réaliste de l’entropie des bits de sortie (celle-ci peut être réglée grâce aux paramètres de l’extracteur). Ce travail propose également une méthodologie complète pour concevoir ce générateur, pour le dimensionner en fonction du niveau de bruit dans le circuit, et pour le sécuriser face aux attaques et défaillances / True Random Number Generators (TRNG) are ubiquitous in many critical cryptographic applications (key generation, DSA signatures, etc). While many TRNG designs exist in literature, only a few of them deal with security aspects, which is surprising considering that they are low-level primitives in a cryptographic system (a weak TRNG can jeopardize a whole cryptographic system). The objective of this thesis was to study the advantages of asynchronous design techniques in order to build true random number generators that are secure and robust. We especially focused on digital oscillators called self-timed rings (STR), which use a handshake request and acknowledgement protocol to organize the propagation of data. Using some of the unique properties of STRs, we propose a new TRNG principle, with a detailed theoretical study of its behavior, and an evaluation of the TRNG core in ASICs and FPGAs. We demonstrate that this new principle allows to generate high quality random bit sequences with a very high throughput (> 100 Mbit/s). Moreover, it enables a realistic estimation for the entropy per output bit (this entropy level can be tuned using the entropy extractor parameters). We also present a complete methodology to design the TRNG, to properly set up the architecture with regards to the level of noise in the circuit, and to secure it against attacks and failures

This diploma thesis deals with creation of several random number generators. The data from these prototypes are then compared according to various aspects and statistical methods. The reader is familiar with the basic concepts, the existing random number generators and the technologies used.

<p>Slumptalsgeneratorer är bland de viktigaste byggblocken inom dagens säkerhetssystem och infrastruktur. Det finns dock en uppsjö av varierande implementeringsmodeller i såväl mjukvara som hårdvara. Att konstruera en slumptalsgenerator som har tillträckligt bra egenskaper för att användas i säkerhetssystem är inte någon trivial uppgift. </p><p>I denna rapport diskuteras de två huvud metoderna att generera slumptal, dels i mjukvara (PRNG), dels i hårdvara (TRNG). Olika synvinklar och angreppssätt att generera och testa slumptal diskuteras och utvärderas. Dessutom diskuteras för- och nackdelarna med de olika generatorerna och hur dessa kan vara sårbara om inte försiktighetsåtgärder vidtas. </p><p>Resultatet antyder på att valet av en slumptalsgenerator är högst beroende på den applikation dessa slumptal ska användas i. Det rekommenderas dock att man använder en TRNG (hårdvaru-generatorer) för att seeda en PRNG (Pseudo-Random Number Generator) eller att använda sig av en TRNG och då kompensera för den skeva sannolikhetsfördelningen som uppstår.</p>

Οι γεννήτριες τυχαίων αριθμών (ΓΤΑ) βρίσκονται στη ζωή του ανθρώπου εδώ και χιλιάδες χρόνια. Η πιο συχνή εφαρμογή τους είναι σε παιχνίδια που εμπεριέχουν τύχη, θεωρείστε για παράδειγμα το ζάρι που αποτελεί μια από τις πιο παλιές και πιο γνωστές γεννήτριες τυχαίων αριθμών. Ωστόσο με την πρόοδο της τεχνολογίας βρήκαν εφαρμογή και σε άλλους τομείς και κυρίως στην κρυπτογραφία, όπως για παράδειγμα στην ασφαλή μεταφορά δεδομένων στο διαδίκτυο ή στη διατήρηση της ασφάλειας ενός τοπικού δικτύου. Στα πλαίσια αυτής τη διπλωματικής θα δούμε τις κατηγορίες στις οποίες χωρίζονται οι ΓΤΑ καθώς επίσης και διάφορες πηγές τυχαιότητας γι’ αυτές. Στη συνέχεια θα επικεντρωθούμε στις Γεννήτριες Πραγματικά Τυχαίων Αριθμών και την εφαρμογή τους σε ολοκληρωμένα κυκλώματα όπως τα FPGA και θα δούμε κατάλληλες τεχνικές για την υλοποίηση τους. Έπειτα παρουσιάζουμε τη δομή και τη λειτουργία δύο γεννητριών που βασίζονται στην τεχνική που αξιοποιεί το jitter των ταλαντωτών. Η βασική τους διαφορά, η οποία κατ’ επέκταση επηρεάζει και το συνολικό σχεδιασμό, είναι ότι η μία έχει έναν αργό και ένα γρήγορο ταλαντωτή, ενώ η άλλη δύο γρήγορους ταλαντωτές. Στο στάδιο της υλοποίησης θα χρησιμοποιήσουμε τη γλώσσα περιγραφής υλικού VHDL και θα δούμε τη συμπεριφορά των σχεδιασμών μας όσον αφορά την επιφάνεια που καταλαμβάνουν και την ισχύ που καταναλώνουν για συγκεκριμένες τεχνολογίες FPGA. Επίσης θα ελέγξουμε τη στατιστική ποιότητα των ακολουθιών bit που παράγουν οι γεννήτριες μας για να επαληθεύσουμε την αποτελεσματική λειτουργία των σχεδιασμών μας. Τέλος θα συγκρίνουμε τις δύο ΓΠΤΑ που σχεδιάσαμε στους τομείς που μόλις αναφέραμε. / -

Slumptalsgeneratorer är bland de viktigaste byggblocken inom dagens säkerhetssystem och infrastruktur. Det finns dock en uppsjö av varierande implementeringsmodeller i såväl mjukvara som hårdvara. Att konstruera en slumptalsgenerator som har tillträckligt bra egenskaper för att användas i säkerhetssystem är inte någon trivial uppgift. I denna rapport diskuteras de två huvud metoderna att generera slumptal, dels i mjukvara (PRNG), dels i hårdvara (TRNG). Olika synvinklar och angreppssätt att generera och testa slumptal diskuteras och utvärderas. Dessutom diskuteras för- och nackdelarna med de olika generatorerna och hur dessa kan vara sårbara om inte försiktighetsåtgärder vidtas. Resultatet antyder på att valet av en slumptalsgenerator är högst beroende på den applikation dessa slumptal ska användas i. Det rekommenderas dock att man använder en TRNG (hårdvaru-generatorer) för att seeda en PRNG (Pseudo-Random Number Generator) eller att använda sig av en TRNG och då kompensera för den skeva sannolikhetsfördelningen som uppstår.

Generating random numbers can be accomplished through various methods, with the primary distinction lying between pseudo-random number generators (PRNGs), which are commonly used for applications that require a large amount of random data, and true random number generators (TRNGs), which are commonly used for applications that need security and unpredictability. This thesis explores the feasibility of harnessing frequency variations in the electrical grid as a source of entropy for a TRNG. By employing an iterative approach, the study has substantiated the likelihood that frequency fluctuations can serve as a reliable source of ran-domness for a TRNG. This assertion is supported by statistical testing using the comprehensive RNG testing suite known as DieHarder, where the final implementation of the TRNG yielded favourable outcomes. Nevertheless, it is worth noting that the artefact exhibited weaker resultson three specific tests within the suite, which can likely be attributed to a limited amount of generated data. Despite these limitations, the findings are undeniably promising, and futurere search endeavours should focus primarily on enhancing the generation speed of the TRNG. By doing so, it is anticipated that improved performance on the DieHarder suite and similar RNG testing suites can be achieved. / Generering av slumptal kan åstadkommas mev hjälp av flera olika metoder. De två stora grupperna är pseudo-slumptalsgeneratorer (PRNG:er), som vanligtvis används för applikationer som kräver en stor mängd slumpmässiga data, och sanna slumptalsgeneratorer (TRNG:er), som ofta används för applikationer som behöver säkerhet och oförutsägbarhet. Detta examensarbete undersöker möjligheten att utnyttja frekvensvariationer i det elektriska nätetverket som en källa till entropi för en TRNG. Genom att använda ett iterativt tillvägagångssätt har studien underbyggt sannolikheten att frekvensfluktuationer kan fungera som en pålitlig källa till slumpmässighet för en TRNG. Detta påstående stöds av statistiska tester med den omfattande RNG-testsviten känd som DieHarder, där den slutliga implementeringen av TRNG:n gav gynnsamma resultat. Det är värt att notera att artefacten visade svagare resultat på tre specifika tester inom sviten, vilket sannolikt kan tillskrivas en begränsad mängd genererad data. Trots dessa begränsningar är resultaten onekligen lovande, och framtida forskningsansträngningar bör främst fokusera på att öka generationshastigheten för generatorn. Genom att göra det förväntas det att bättre resultat från DieHarder och liknande RNG-testsviter kan uppnås.