Design and FPGA Implementation of a Pseudo-random Number Generator Based on a Hopfield Neural Network Under Electromagnetic Radiation

伪随机数发生器 计算机科学 现场可编程门阵列 人工神经网络 算法 随机性 混乱的 Verilog公司 NIST公司 计算机硬件 人工智能 数学 统计 自然语言处理
作者
Fei Yu,Zinan Zhang,Hui Shen,Yuanyuan Huang,Shuo Cai,Jie Jin,Sichun Du
出处
期刊:Frontiers in Physics [Frontiers Media SA]
卷期号:9 被引量:38
标识
DOI:10.3389/fphy.2021.690651
摘要

When implementing a pseudo-random number generator (PRNG) for neural network chaos-based systems on FPGAs, chaotic degradation caused by numerical accuracy constraints can have a dramatic impact on the performance of the PRNG. To suppress this degradation, a PRNG with a feedback controller based on a Hopfield neural network chaotic oscillator is proposed, in which a neuron is exposed to electromagnetic radiation. We choose the magnetic flux across the cell membrane of the neuron as a feedback condition of the feedback controller to disturb other neurons, thus avoiding periodicity. The proposed PRNG is modeled and simulated on Vivado 2018.3 software and implemented and synthesized by the FPGA device ZYNQ-XC7Z020 on Xilinx using Verilog HDL code. As the basic entropy source, the Hopfield neural network with one neuron exposed to electromagnetic radiation has been implemented on the FPGA using the high precision 32-bit Runge Kutta fourth-order method (RK4) algorithm from the IEEE 754-1985 floating point standard. The post-processing module consists of 32 registers and 15 XOR comparators. The binary data generated by the scheme was tested and analyzed using the NIST 800.22 statistical test suite. The results show that it has high security and randomness. Finally, an image encryption and decryption system based on PRNG is designed and implemented on FPGA. The feasibility of the system is proved by simulation and security analysis.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
大幅提高文件上传限制,最高150M (2024-4-1)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
没有发布了新的文献求助10
2秒前
2秒前
科目三应助余宁采纳,获得10
3秒前
文艺芙发布了新的文献求助10
3秒前
5秒前
5秒前
7秒前
累啊驳回了打打应助
7秒前
科里斯皮尔应助ChatGPT采纳,获得10
8秒前
李爱国应助HBZ采纳,获得10
8秒前
阿秋完成签到,获得积分10
9秒前
9秒前
大胆的半青完成签到 ,获得积分10
10秒前
10秒前
平常雨泽发布了新的文献求助10
11秒前
11秒前
hehe发布了新的文献求助10
13秒前
14秒前
deshen发布了新的文献求助10
14秒前
Maestro_S应助文艺芙采纳,获得10
15秒前
Hello应助小甜面酱采纳,获得10
16秒前
17秒前
huibpyfy应助zr采纳,获得10
18秒前
bamboo发布了新的文献求助10
19秒前
清爽代芹发布了新的文献求助10
20秒前
科研王子发布了新的文献求助10
20秒前
21秒前
Hao应助fzy采纳,获得10
23秒前
25秒前
然大宝完成签到,获得积分10
26秒前
26秒前
26秒前
27秒前
28秒前
搜集达人应助科研通管家采纳,获得10
28秒前
cctv18应助科研通管家采纳,获得30
28秒前
28秒前
彭于晏应助zhijie采纳,获得10
29秒前
Tang发布了新的文献求助10
31秒前
31秒前
高分求助中
【本贴是提醒信息,请勿应助】请在求助之前详细阅读求助说明!!!! 20000
One Man Talking: Selected Essays of Shao Xunmei, 1929–1939 1000
The Three Stars Each: The Astrolabes and Related Texts 900
Yuwu Song, Biographical Dictionary of the People's Republic of China 800
Multifunctional Agriculture, A New Paradigm for European Agriculture and Rural Development 600
Challenges, Strategies, and Resiliency in Disaster and Risk Management 500
Bernd Ziesemer - Maos deutscher Topagent: Wie China die Bundesrepublik eroberte 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 有机化学 工程类 生物化学 纳米技术 物理 内科学 计算机科学 化学工程 复合材料 遗传学 基因 物理化学 催化作用 电极 光电子学 量子力学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 2481959
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2144460
关于积分的说明 5470120
捐赠科研通 1866929
什么是DOI,文献DOI怎么找? 928003
版权声明 563071
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 496455