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
Owen应助无趣养乐多采纳,获得10
刚刚
xiaofei666发布了新的文献求助50
1秒前
zhuwenjian发布了新的文献求助10
2秒前
yanxun完成签到,获得积分10
3秒前
3秒前
Yang应助想喝酸奶采纳,获得10
5秒前
缥缈念云发布了新的文献求助10
5秒前
lili完成签到 ,获得积分10
5秒前
快乐眼神发布了新的文献求助10
6秒前
6秒前
CarlMKI发布了新的文献求助10
7秒前
科研通AI2S应助汪小白采纳,获得10
7秒前
英姑应助yanxun采纳,获得10
10秒前
12秒前
可爱的函函应助All采纳,获得10
15秒前
肖肖肖完成签到 ,获得积分10
15秒前
15秒前
16秒前
LL完成签到 ,获得积分10
16秒前
科目三应助sweet采纳,获得10
16秒前
奋斗康乃馨完成签到 ,获得积分10
18秒前
uniphoton完成签到,获得积分10
19秒前
19秒前
GdYOUNGRAY完成签到,获得积分10
19秒前
阿秋完成签到 ,获得积分10
19秒前
19秒前
飘落完成签到,获得积分20
20秒前
20秒前
20秒前
21秒前
千叶发布了新的文献求助10
21秒前
21秒前
GdYOUNGRAY发布了新的文献求助10
22秒前
23秒前
yanxun发布了新的文献求助10
24秒前
24秒前
CarlMKI完成签到,获得积分10
24秒前
飘落发布了新的文献求助10
24秒前
Susie大可发布了新的文献求助10
26秒前
27秒前
高分求助中
Ore genesis in the Zambian Copperbelt with particular reference to the northern sector of the Chambishi basin 800
Becoming: An Introduction to Jung's Concept of Individuation 600
A new species of Coccus (Homoptera: Coccoidea) from Malawi 500
A new species of Velataspis (Hemiptera Coccoidea Diaspididae) from tea in Assam 500
PraxisRatgeber: Mantiden: Faszinierende Lauerjäger 500
Sarcolestes leedsi Lydekker, an ankylosaurian dinosaur from the Middle Jurassic of England 450
Die Gottesanbeterin: Mantis religiosa: 656 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 基因 遗传学 催化作用 物理化学 免疫学 量子力学 细胞生物学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3166369
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2817867
关于积分的说明 7917864
捐赠科研通 2477345
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1319548
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 632521
版权声明 602415