Une bibliothèque Micro-python qui fournit une interface pour générer un nombre aléatoire en utilisant la méthode recommandée (lecture du ROSC) par Raspberry.
- Bibliothèque :
rosc_random_generator.py- Bibliothèque Python pour générer des nombres aléatoires - Script de test :
test_rosc_random_generator.py- Script d'exemple montrant comment utiliser la bibliothèque.
Test_ROSC.py- Le code initial que j'ai utilisé pour tester le RP2040 ROSC.
- Contexte
- Description du projet
- Prérequis
- Utilisation
- Exemple de sortie
- Fonctionnement
- Test de performance
- Tests statistiques et de qualité
- Remerciements
- Avertissement
- Hommage spécial
La fondation Raspberry a récemment mis à jour la fiche technique de leur Pico :
Datasheet - Build-date: 2024-10-15 / Build-version: eec2b0c-clean
Fiche technique RP2040 Pico (Chapitre 2.17)
Page 222. Chapitre 2.17. Oscillateur à anneau (ROSC), voici ce que l'on peut y lire :
2.17.5. Générateur de nombres aléatoires
Si les horloges système fonctionnent à partir du XOSC et/ou des PLL, le ROSC peut être utilisé pour générer
des nombres aléatoires. Il suffit d'activer le ROSC et de lire le registre RANDOMBIT pour obtenir un nombre
aléatoire sur 1 bit, et de le lire n fois pour obtenir une valeur sur n bits. Cela ne répond pas aux exigences
de randomisation pour les systèmes de sécurité car il peut être compromis, mais cela peut être utile dans des
applications moins critiques. Si les cœurs fonctionnent à partir du ROSC, la valeur ne sera pas aléatoire
car le timing de la lecture du registre sera corrélé à la phase du ROSC.
Le générateur de nombres aléatoires utilise le ROSC (Oscillateur à résonance) pour produire des bits aléatoires.
Ce projet implémente un générateur de nombres véritablement aléatoires (TRNG) utilisant le microcontrôleur RP2040. Le générateur utilise l'oscillateur à anneau comme recommandé dans la fiche technique.
- Microcontrôleur basé sur RP2040.
- Firmware MicroPython installé sur la carte.
machine,time(intégrés avec MicroPython).
- rosc_random_generator.py – Bibliothèque pour générer des nombres aléatoires
Cette bibliothèque Python fournit une classe ROSCRandomGenerator qui génère des nombres aléatoires basés sur le ROSC du RP2040.
- test_rosc_random_generator.py – Script d'exemple
Ce script importe la classe ROSCRandomGenerator depuis rosc_random_generator.py et génère des nombres aléatoires.
- Sauvegardez ces codes dans des fichiers nommés
rosc_random_generator.pyettest_rosc_random_generator.py. - Pour utiliser cette bibliothèque dans un autre projet, importez-la comme n'importe quel module Python.
Le générateur de nombres aléatoires RP2040 ROSC génère des nombres entiers aléatoires sous forme de valeurs sur 32 bits.
ROSC stable. Début de la génération des nombres aléatoires...
Valeur aléatoire # 1 : 2880935910
Valeur aléatoire # 2 : 3756622924
Valeur aléatoire # 3 : 4041343900
Valeur aléatoire # 4 : 41689329
Valeur aléatoire # 5 : 1860732466
Valeur aléatoire # 6 : 2376253135
Valeur aléatoire # 7 : 2057898098
Valeur aléatoire # 8 : 3392796777
Valeur aléatoire # 9 : 1501861143
Valeur aléatoire # 10 : 238555703
- 1 - Le programme déclare les variables et constantes nécessaires pour interagir avec le ROSC.
- 2 - Il vérifie l'état du ROSC pour s'assurer qu'il est stable.
- 3 - Si le ROSC est stable, il génère des valeurs aléatoires sur 32 bits, affichant chaque valeur et vérifiant régulièrement la stabilité du ROSC.
- 4 - En cas d'instabilité détectée, le programme réinitialise le ROSC et attend qu'il se stabilise avant de continuer.
- 5 - Une fois les valeurs générées, il affiche un message de fin.
De cette manière, ce processus assure que le ROSC est correctement initialisé et stable avant de générer des valeurs aléatoires, et gère la réinitialisation en cas de problème de stabilité pendant le processus.
Avertissement : sans écriture sur mémoire flash !
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Temps estimé pour générer 1'425'424 valeurs : 2'143 secondes (environ 35 minutes)
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Temps moyen par valeur : 0.0015 sec
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Débit : 2660 octets/sec
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Nombre de valeurs générées par seconde : 665 valeurs/sec
Note : Suite à un rappel de Scruss (Lien), j'ai changé le format du fichier de sortie d'ASCII en binaire.
Lorsque les entiers aléatoires sont convertis en chaînes ASCII, il y a une perte d'entropie ! Un entier de 32 bits
représente une valeur qui peut être exprimée dans une plage de 4'294'967'296 valeurs possibles (de 0 à 2^32 - 1).
Cette plage contient 32 bits d'entropie.
En raison de la manière dont les caractères ASCII sont représentés (par exemple, les chiffres ou les lettres),
une partie de l'entropie est perdue du fait du nombre limité de caractères possibles. Chaque caractère en ASCII
contient environ 3,45 bits d'entropie au lieu des 8 bits d'entropie possibles pour un octet complet.
(Log₂ 11 ≈ 3.459)
(www.fourmilab.ch) John Walker
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Taille de l'échantillon : 5.43 Mo
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Total généré : 1'425'424 valeurs
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Entropie = 7.973888 bits par octet (mesure de l'aléa - Max = 8)
Représentation en nuage de points [Grande taille]
Histogramme des valeurs [Grande taille]
(https://webhome.phy.duke.edu/~rgb/General/dieharder.php) Robert G. Brown
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Taille de l'échantillon : 5.43 Mo
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Total généré : 1'425'424 valeurs
(https://simul.iro.umontreal.ca/testu01/tu01.html)
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Extrait de code C (seulement le Main) :
int main() { // Chemin du fichier binaire const char *filename= "/home/user_name/rp2040_rosc_rng_1425424.bin"; // Créer un générateur à partir du fichier unif01_Gen *gen = create_gen(filename); if (gen == NULL) { return 1; } // Exemple avec la batterie Rabbit printf("Début des tests à partir du fichier\n"); bbattery_Rabbit(gen, 1000); // Test sur 1000 bits // Libération de la mémoire close(global_gen->file); free(global_gen); // Libérer l'état du générateur free(gen); // Libérer le générateur return 0;
- Certains p-values faibles suggèrent que le générateur peut avoir des structures ou motifs non aléatoires détectés par ces tests.
(https://salsa.debian.org/hmh/rng-tools/)
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Résultat du test : tous les tests FIPS ont échoué
⚠️ Ce qui implique un traitement post-générateur...
djent: Une réimplémentation du programme de test de nombres aléatoires (Ent) de feu John Walker/Fourmilab, avec plusieurs améliorations.
(https://github.com/dj-on-github/djent)
sudo apt-get install libmpfr-dev libgmp-dev
Et de mettre à jour le Makefile en conséquence avant la compilation !
Le projet est basé sur le microcontrôleur RP2040, et son firmware MicroPython.
Waveshare RP2040-Plus: MicroPython ef518cbf2-dirty du 2023-03-24 ;XIAO seed studio: MicroPython v1.22.1 du 2024-01-05 ;
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Nous sommes profondément attristés par le décès de John Walker, l'un des fondateurs d'Autodesk. Il est décédé chez lui en Suisse, le 2 février 2024, à l'âge de 74 ans.