원격 무인 무기 체계 통신 보안을 위한 휘발성 스위치 소자 기반의 초고속 진난수생성기를 위한 연구
The Study of Ultra-Fast True Random Number Generator using Volatile Threshold Switch Device for Remote Weapon Security System
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본 연구에서는 원격 무인 무기 체계 통신 보안 시스템을 위한 하드웨어 기반의초소형 및 초고속 진난수 생성기(TRNG) 개발을 위해 차세대 메모리 반도체에사용되는 2단자 기반 휘발성 스위치 소자(Threshold switch, TS)를 사용한TRNG를 직접 구현 및 분석하였다. 초고속 TRNG 구현에 있어, 기존의 휘발성스위치 소자의 문턱 전압에 대한 드리프트 특성은 TRNG의 난수 생성 능력을저하시키는 주된 요인이다. 드리프트 특성이 존재하는 Electrochemical metallization cell(ECM) TS와 ovonic threshold switch(OTS) 소자의 경우TRNG의 후보로서 부적절한 반면, 드리프트 특성이 존재하지 않는insulating-to-metal transition(IMT) 소자는 문턱 전압의 산포가 좁아 TRNG 구현에 어려움이 존재한다. 따라서, 본 연구에서는 드리프트 특성이 존재하지않으며 문턱 전압 산포가 넓은 Ge:SiO2 소자 개발을 통해 미래 무인 무기 체계통신 보안을 위한 TS 소자 기반의 초고속 (<50 ns/bit) TRNG의 잠재성에 대해설명한다.
Abstract
In this study, we analyzed the true random number generator (TRNG) using 2-terminal volatile threshold switch device for hardware-based scaling and ultra-fast TRNG military security systems. The key parameter for implementing ultra-fast TRNG is the Vth drift-free switching characteristics. The electrochemical metallization cells (ECM) and ovonic threshold switch (OTS)-based TS devices are not candidates for ultra-fast TRNG. In contrast, insulating-to-metal transition (IMT) with drift-free switching characteristics have very tight Vth variations, which easily results in deterministic switching. Therefore, this study successfully demonstrated the potential of ultra-fast TRNG (50 ns/bit) with large Vth variation and drift-free switching characteristics for future remote weapon hardware-based security applications
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