I nte rna t io na l J o urna l o f   Rec o nfig ura ble a nd   E m be dd e d Sy s t e m s   ( I J R E S)   Vo l.  1 5 ,   No .   1 Ma r ch   20 2 6 ,   p p .   21 ~ 30   I SS N:  2089 - 4864 DOI 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j r es . v 1 5 . i 1 . pp 21 - 30           21     J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij r es.ia esco r e. co m   FP G i m p le m en t a tion o a  copro ce ss o r architect ure  for  ra ndo m  data  gen eratio n and  en cryp tion       M a no j   K u m a r   D e p a r t me n t   o f   El e c t r o n i c s a n d   C o mm u n i c a t i o n   En g i n e e r i n g ,   N a t i o n a l   I n st i t u t e   o f   T e c h n o l o g y   M a n i p u r ,   I mp h a l ,   I n d i a       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   No v   8 ,   2 0 2 5   R ev i s ed   J an   1 2 ,   2 0 2 6   A cc ep ted   J an   2 4 ,   2 0 2 6       Co p ro c e ss o rs  a re   d e sig n e d   to   p e rf o rm   so m e   sp e c i f ic  ta sk to   e n h a n c e   s y st e m   p e rf o r m a n c e   a n d   sp e e d .   In f o rm a t io n   se c u rit y   is  th e   m a in   f o c u in   i n tern e o f   th in g   ( I o T ) ,   c r y p to g ra p h y ,   a n d   c y b e rs e c u rit y   a p p li c a ti o n s.  I n   t h is   w o rk ,   a   c o p ro c e ss o a rc h it e c tu re   is  d e sig n e d   to   g e n e ra te  4 - b it o f   ra n d o m   d a ta  a n d   p e rf o r m   e n c r y p ti o n .   Co p ro c e ss o a rc h it e c tu re   u se s   tru e   ra n d o m   n u m b e r   g e n e ra to r   ( T RN G )   a n d   p se u d o - ra n d o m   n u m b e g e n e ra to r   ( P RNG )   a rc h it e c tu re s to   g e n e ra te ran d o m   d a ta.  M o d if ied   li n e a f e e d b a c k   sh if re g ister   ( L F S R ) - b a se d   P RNG   a n d   m o d if i e d   tran siti o n   e f fe c rin g   o sc il lato r   ( T ERO )   a n d   ri n g   o sc il lato r - b a se d   T RN G   a rc h it e c tu re a re   d e sig n e d   a n d   im p lem e n ted   f o p e rf o r m in g   e n c r y p ti o n .   A   se rial - in - p a ra ll e l - o u ( S I P O)  sh if re g ister  c ircu it   is  u se d   to   g e n e ra te  4 - b it   ra n d o m   d a ta.  A   1 5 - b i i n stru c t i o n   w o rd   is   a ss ig n e d   to   c o p ro c e ss o a rc h it e c tu re   t o   p e rf o rm   it tas k .   T h e   c o p ro c e ss o a rc h it e c tu re   is  d e sig n e d   u si n g   V HSIC  Ha rd w a re   De sc rip ti o n   L a n g u a g e   ( V H D L )   a n d   im p le m e n ted   o n   a n   A rti x - 7   f iel d   p r o g ra m m a b le  g a te  a rra y   ( F P GA ) .   A ll   sim u latio n   a n d   sy n th e sis   re su lt o f   th e   p ro p o se d   c o p ro c e ss o a rc h it e c tu re   a re   o b tai n e d   b y   th e   X il i n x   V iv a d o   2 0 1 5 . 2   t o o l.   Co p ro c e ss o a r c h it e c tu re   e ff ici e n c y   (th ro u g h p u (M b p s)/L UT s)  is   2 . 3 1 ,   a n d   it   o p e ra tes   a a   1 0 0   M Hz   c lo c k .   K ey w o r d s :   C o p r o ce s s o r   E n cr y p tio n   Field   p r o g r am m ab le  g ate  ar r ay   P s eu d o - r an d o m   n u m b er   g en er ato r   T r u r an d o m   n u m b er   g en er ato r   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Ma n o j   Ku m ar   Dep ar t m en t o f   E lectr o n ics a n d   C o m m u n icat io n   E n g i n ee r in g ,   Natio n al  I n s tit u te  o f   T ec h n o l o g y   Ma n ip u r   L a n g o l,  I m p h al.   Ma n ip u r ,   7 9 5 0 0 4 ,   I n d ia   E m ail:  m a n o j ar a4 0 0 @ g m ai l.c o m       1.   I NT RO D UCT I O N   C o p r o ce s s o r s   ar d esig n ed   to   p er f o r m   s p ec if ic  tas k s   m o r ef f i cien tl y ,   s u c h   as  cr y p to g r ap h ic  t ask s   ( lik e   en cr y p tio n   a n d   d ig ital  s i g n a tu r es),   s ig n al  p r o ce s s i n g ,   I /O  d a ta  tr an s f er   an d   p r o ce s s in g ,   s tr i n g   p r o ce s s i n g ,   a n d   f lo ati n g - p o in ar it h m etic.   T h e   co p r o ce s s o r   o p er ates  in d ep en d en tl y   of   th m ai n   p r o ce s s o r   to   i m p r o v s y s te m   s p ee d .   C r y p to g r ap h ic  co p r o ce s s o r s   p er f o r m   h i g h - s p ee d   en cr y p tio n ,   d i g ital   s i g n in g ,   a n d   k e y   m a n ag e m e n t.   T o d ay ,   cr y p to g r ap h ic  co p r o ce s s o r s   ar u s ed   in   f i n an cial  s er v ices  ( P I v er if icatio n ,   d ig ita s ig n i n g ) ,   n et w o r k   s ec u r it y ,   d ata  ce n tr es,  i n ter n et  o f   th i n g   ( I o T ) ,   an d   em b ed d ed   s y s te m s   f o r   s ec u r tr an s ac tio n s   an d   d ata  p r o tectio n .   F ield   p r o g r a m m ab le  g ate  ar r a y   ( FP GA ) - b ased   e m b ed d ed   s y s te m s   ar ca p ab le  o f   ac h ie v in g   h i g h   le v el s   o f   s ec u r it y ,   f le x ib ilit y ,   an d   ad ap tab ilit y   [ 1 ] .   I n   th 2 0 th   ce n tu r y ,   p u b lic  k e y   cr y p to g r ap h y   w a s   w id el y   u s ed   to   s ec u r d ata  o n   th ch a n n el.   P u b lic  k e y   cr y p to g r ap h y ,   s u c h   as  ellip tic - c u r v cr y p to g r ap h y   ( E C C )   [ 2 ]   an d   th R iv e s t S h a m ir A d le m a n   ( R S A )   [ 3 ]   alg o r ith m ,   is   b ased   o n   co m p lex   m at h e m atica p r o b le m s .   I n   t h 2 1 s t   ce n tu r y ,   q u a n tu m   co m p u ter s   a r w id el y   u s ed   to   s o l v m at h e m atica p r o b le m s   i n   R S A   an d   E C C .   P o s t - q u a n t u m   cr y p to g r ap h y   a lg o r it h m s   ai m   to   s ec u r d ata  ag a in s q u a n t u m   co m p u ti n g   a ttack s .   P o s t - q u an tu m   cr y p to g r ap h y   alg o r ith m s   ar in e f f icien to   i m p le m e n i n   s o f t w ar [ 4 ] ,   s o   th r ee   t y p es  o f   h ar d w ar ac ce ler ato r s :   i )   m e m o r y - m ap p ed   ac ce ler ato r ,   ii )   tig h tl y   co u p led   ac ce ler ato r ,   an d   iii )   c o p r o ce s s o r s ,   b ased   u p o n   th e i r   i m p le m en tatio n s ,   h av b ee n   p r o p o s ed .   Am o n g   th ese  h ar d w ar ac ce ler ato r   m et h o d s ,   co p r o ce s s o r s   ar e   w id el y   u s ed   in   t h m o d er n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t Vo l.  1 5 ,   No .   1 Ma r c h   202 6 :   21 - 30   22   ce n tr al  p r o ce s s in g   u n it  ( C P U )   ar ch itect u r [ 5 ] ,   [ 6 ] .   C o p r o ce s s o r s   o r   ac ce ler ato r s   ar s p ec ialized   in   ex ec u ti n g   s p ec if ic  t y p e s   o f   in s tr u ctio n s .   E n cr y p tio n   h id es  p lai n tex t   d ata  b y   u s i n g   cip h er   to   s ec u r th d ata  [ 7 ] .   Data   d ec r y p tio n   u s e s   th s a m cip h er   to   o b tain   o r ig in al  p lain te x d ata  [ 8 ] .   Fo r   cr y p to g r ap h ic  s y s te m s ,   w id el y   u s ed   R NGs  ar P R NG  a n d   T R NG   [ 9 ] ,   [ 1 0 ] .   P R NG  o u tp u is   b ase d   o n   d eter m i n is tic  alg o r it h m ,   an d   it  o f f er s   h i g h   d ata  r ate.   T R NG  u s es  h i g h   e n t r o p y   s o u r ce s   to   g e n er ate  tr u e   r an d o m   d ata.   T R NG  an d   P R N ar ch itect u r es   ca n   b u s ed   to   p er f o r m   e n cr y p tio n   an d   d ec r y p tio n   i n   cr y p to g r ap h ic  s y s te m s .   Sev er al  r esear c h er s   h a v b ee n   w o r k i n g   o n   d esi g n i n g   co p r o ce s s o r   ar ch i tect u r es  to   e n h a n ce   s y s te m   p er f o r m a n ce .   P an   et  a l .   [ 1 1 ]   d esig n ed   an   ad v an ce d   en cr y p ti o n   s tan d ar d   ( A E S )   co p r o ce s s o r   b ased   o n   th o p en - s o u r ce   co r Hu m m i n g b ir d   E 2 0 3 .   T h p r o p o s ed   A E co p r o c ess o r   u s e s   R I S C - cu s to m   in s tr u ctio n s   an d   d ir ec m e m o r y   ac ce s s   c h an n el s   to   ac h iev e   p ar allel  d ata  p r o ce s s in g .   T h A r ti x - 7   FP G A   i s   u s ed   to   v er i f y   th e   f u n ctio n alit y   o f   th A E co p r o ce s s o r .   A   p r o g r am m ab le  cr y p to   p r o ce s s o r   b ased   o n   r ed u ce d   i n s tr u ctio n   s e t   c o m p u ter   ( R I S C ) - ar c h itect u r is   p r o p o s ed   b y   L ee   et  a l .   [ 1 2 ] .   I n   th i s   ar ch itect u r e,   co m p ar ed   to   t h b asic   R I SC - ar ch itectu r e,   t h ex ec u tio n   clo c k   c y cle  an d   n u m b er   o f   ex ec u ted   in s tr u ctio n s   ar s i g n if ica n tl y   i m p r o v ed .   T h p r o p o s ed   cr y p to   p r o ce s s o r   is   d esig n ed   u s i n g   Ver ilo g   an d   s y n th e s ized   w ith   2 8   n m   C MO p r o c ess .   s ec u r co p r o ce s s o r   ar ch itectu r f o r   th T L Sv 1 . 2   p r o to c o w as  d esig n ed   b y   Ha m ilto n   an d   Ma r n an e   [ 1 3 ]   an d   i m p le m en ted   o n   Vir tex   5   FP G A   alo n g s id Mic r o b laze   p r o ce s s o r .   T h is   d esig n   w a s   i m p le m en ted   w ith   T R NG   ar ch itect u r an d   also   in cl u d e s   h ar d w ar b ased   o n   ellip tic   cu r v al g o r ith m s   f o r   s i g n at u r g e n er atio n   a n d   v er if ica tio n .   I n   th i s   s y s te m ,   all  s ec r et  k e y   d ata  is   k ep in   th co p r o ce s s o r ,   b u s i m u latio n   r es u l ts   f o r   th p r o p o s ed   ar ch itect u r ar n o t sh o w n .   A   p u b lic  k e y   cr y p to g r ap h ic  co p r o ce s s o r   f o r   d ev elo p i n g   u n i f i ed   ar ith m etic  u n it i s   p r o p o s ed   b y   th au t h o r s   in   2 0 0 8   [ 1 4 ] .   T h p r o p o s ed   cr y p to s y s te m   s u p p o r ts   o p er ati o n s   o f   R S A   an d   E C C   a n d   p r o v id es  f u n ct io n s   o f   d u a l - f iel d   m o d u lar   m u l tip licatio n ,   d u al - f ield   m o d u lar   ad d itio n /s u b tr a ctio n ,   an d   d u al - f ield   m o d u lar   in v er s io n .   I n   th is   w o r k ,   n e w   ad d er   b ased   o n   s ig n ed - d i g it  ( SD)   n u m b er   r ep r es en tatio n   i s   u s ed   f o r   i m p r o v i n g   s y s te m   s p ee d .   VHSI C   Har d w ar Descr ip tio n   L an g u a g ( VHDL )   co d in g   w as   u s ed   to   d esig n   th e   cr y p to s y s te m   ar c h itect u r e,   an d   Xilin x   FP G A   w as  u s ed   to   i m p le m en it.  A   E C C   co p r o c ess o r   o v er   GF( 2 m i m p le m en ta tio n   o n   an   FP G A   w a s   d o n b y   Ok ad et  a l .   [ 1 5 ] .   Fo r   en h an ci n g   t h s p ee d   o f   an   el lip tic  s ca lar   m u ltip licatio n ,   m u lt ip lier   o v er   GF( 2 m ),   w h ich   p er f o r m s   m u ltip licatio n   o f   a n y   b it  le n g th ,   is   d ev elo p ed .   T h p r o p o s ed   co p r o ce s s o r   w as  d esig n ed   u s i n g   Ver ilo g   HDL   an d   im p le m en ted   o n   E P F1 0 K2 5 0 A GC 5 9 9   2   ( AL T E R A ) .   T h is   co p r o ce s s o r   o p er ates  at  3   MH z,   an d   it  is   s u itab le  f o r   s er v er   s y s te m s .   L eo n g   a n d   L eu n g   [ 1 6 ] ,   p r o ce s s o r   w a s   d ev elo p ed   to   p er f o r m   an   el lip tic  cu r v m u ltip licat io n   o v er   th f ield   F 2 n   b y   u s in g   FP G tech n o lo g y .   I n   t h is   w o r k ,   t h co n tr o p ar o f   t h p r o p o s ed   p r o ce s s o r   is   m icr o   co d ed ,   an d   th ar it h m e tic  lo g ic   u n i ( A L U)   r eg is ter   f ile  f o r m   an   F 2 n   p r o ce s s o r .   A   r ec o n f i g u r ab le  cr y p to g r ap h ic  co p r o ce s s o r ,   w h ic h   co n s is t s   o f   s ev er al  r ec o n f i g u r ab le  m o d u les,  w a s   p r o p o s ed   b y   Sh a n g   et   a l .   [ 1 7 ] .   T h p r o p o s ed   co p r o c ess o r   w a s   i n teg r ated   w it h   3 2 - b it  C P an d   f ab r ica ted   in   0 . 1 8   m   co m p le m e n atr y   m eta o x id s e m ico n d u cto r   ( C MO S )   p r o ce s s cip h er   co p r o ce s s o r   ( R C P )   to   r ea lize  DE S,  3 D E S,  A E S,  I D E A ,   R C 6 ,   an d   R S alg o r it h m s   is   d esi g n ed   b y     T ian   et  a l [ 1 8 ] .   T o   p r o v id s ec u r it y   f o r   I o T   s en s o r   n o d es,  cr y p to g r ap h ic  co p r o ce s s o r   [ 1 9 ]   w a s   d esi g n ed ,   a n d   it  co n tain s   an   ap p licatio n - s p ec if ic  in s tr u c tio n   s et  to   i m p le m e n A E an d   E C C   al g o r ith m s .   F o r   th is   co p r o ce s s o r ,   lo ca in s tr u ctio n   an d   d ata  R A M   ar i n te g r ated .   Fo r   s ec u r I o T   ap p licatio n s ,   A S C ON  C r y p to g r ap h ic   C o p r o ce s s o r   w a s   d ev elo p ed   b y   A t h a n asio u   et  a l .   [ 2 0 ] .   I n   t h i s   w o r k ,   t h co p r o ce s s o r   u s es  A MB A   i n ter f ac es   f o r   co m m u n icatio n ,   a n d   it  w a s   r ea lized   o n   b o th   FP GA   an d   ASI C   ( A p p licatio n   Sp ec if ic  I n teg r ated   C ir c u it )   tech n o lo g ies.  Fo r   cr y p to g r ap h ic  ap p licatio n s   h ar d w ar ac c eler ato r   f o r   th R I SC - p r o ce s s o r   is   p r o p o s ed   in   A t h a n asio u   et  a l [2 0 ] .   T h p r o p o s ed   ac ce ler a t o r   h as  h ig h er   ef f icien c y   i n   co m p u tatio n   co m p ar ed   w it h   s o f t w ar ex ec u t io n .   L o a n d   Ko   [2 1 ]   p r o p o s ed   a   s ca lab le  an d   u n i f ie d   E C C   co p r o ce s s o r   th at  u s es  DSP 4 8 E   s lices  f o r   ev alu a tin g   d u al - f ield   ar ith m et i c.   T h p r o p o s ed   co p r o ce s s o r   w a s   i m p le m en ted   o n   Xilin x   Vi r tex - 5   FP GA ,   an d   it  co n s u m es  4 2 4 4   r eg is ter s ,   8 3 1 6   L UT s ,   2 2 9 1   s lices,  5   B R A M s ,   an d   2 5   DS P 4 8 E   s lices.  Fo r   th is   co p r o ce s s o r   also ,   th s i m u latio n   o u tp u w a v ef o r m   is   n o t sh o w n .   Un li k co n v e n tio n al  d e s ig n s   f o cu s i n g   s o lel y   o n   e n cr y p tio n ,   th i s   w o r k   co m b i n es  o p ti m i ze d   r an d o m   n u m b er   g e n er atio n   a n d   en cr y p tio n   w ith in   s in g le  li g h t w ei g h co p r o ce s s o r .   T h co p r o ce s s o r   u s e s   m o d i f ied   P R NG  ( L F SR )   a n d   T R NG  ( T E R an d   r i n g   o s c illato r )   ar ch i tectu r es to   g en er ate  r a n d o m   b i ts ,   an d   4 - b it  SIP O   cir cu it  is   d esig n ed   to   g en er at 4 - b it   r an d o m   d ata.   A   1 5 - b it  in s tr u c tio n   w o r d   is   p r o v id ed   to   th p r o p o s ed   co p r o ce s s o r   t o   p e r f o r m   it s   tas k .   T h co p r o ce s s o r   r eg is ter   f i le  o f   s ize  1 6 x 4   s to r es  4 - b it  p la in   tex d ata  in   th e   s o u r ce   r eg is ter   ( R s ) ,   an d   th d esti n a tio n   r eg is ter   s to r es  4 - b it  r an d o m   an d   e n cr y p ted   d ata.   O n   th A r tix 7   FP GA  B o ar d ,   co p r o ce s s o r   co m p o n e n ts ,   i n clu d i n g   th r eg is ter   f ile ,   m u lt ip lex er ,   co n tr o lo g ic,   s h i f r eg is ter   cir cu it,  P R NG,   an d   T R NG  cir cu its   ar im p le m en ted .   Si m u latio n   o u tp u w av e f o r m s   f o r   R NG  ( P R NG  an d   T R NG)   ar ch itect u r es  ar e   s h o w n .   A ls o ,   th s i m u lat io n   o u tp u w av e f o r m   o f   t h co m p lete  co p r o ce s s o r   alo n g   w it h   r eg is te r   f ile  co n te n ts ,   is   s h o w n .   T h p r o p o s ed   co p r o ce s s o r   ac h iev es   h ig h   th r o u g h p u v a lu w h il m ai n tai n i n g   lo w   h ar d w ar r eso u r ce   co n s u m p tio n .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t     I SS N:   2089 - 4864       F P GA   imp leme n ta tio n   o a   co p r o ce s s o r   a r ch itectu r fo r   r a n d o d a ta   g en era tio n   a n d     ( Ma n o j Ku ma r )   23   2.   M E T H O D   T h p r o p o s ed   co p r o ce s s o r   is   d esig n ed   to   ac ce ler ate  p lai n te x d ata  e n cr y p tio n   b y   u s i n g   T R NG  a n d   P R NG  ar ch itect u r es.  Fig u r e   1   r ep r esen ts   b lo ck   d ia g r a m   o f   th e   p r o p o s ed   co p r o ce s s o r   ar ch itect u r f o r   g en er ati n g   4 - b it  r an d o m   d at an d   p er f o r m in g   e n cr y p tio n .   A ll  co m p o n en t s   o f   t h p r o p o s ed   co p r o ce s s o r   ar ch itect u r ar d is cu s s ed   i n   t h s u b s ec tio n s   b elo w .           Fig u r e   1 .   C o p r o ce s s o r   s tr u ctu r al  d iag r a m       2 . 1   Co ntr o l o g ic   C o n tr o lo g ic   is   u s ed   to   s elec p ar ticu lar   R NG  ar ch itect u r o u tp u i n   th 4 x 1   m u ltip le x er   ar ch itect u r e.     2 . 2 .     1 6 × 4   re g is t er   f ile   A   1 6 × 4   r eg is ter   f ile  is   a n   ar r ay   o f   r eg is ter s   t h at  s er v es  a s   p r i m ar y   m e m o r y   s to r ag f o r   cr y p to g r ap h ic   o p er atio n s .   I n   t h is   r eg i s ter   f il e,   s elec ti v ac ce s s   to   s p ec i f ic   r eg is ter s   is   d o n b y   R s ,   R d 1 ,   an d   R d 2 .   Fo r   t h p r o p o s ed   co p r o ce s s o r   ar ch itectu r e,   in it ial  v al u es o f   th r e g is t er   f ile  ar lis ted   b elo w .     s ig n al  R E G_ FIL E m e m _ t y p e: =(   0   =>   " 0 0 0 1 " ,   1   =>   " 1 0 0 0 " ,   2   =>   " 1 0 0 1 " ,   3   =>   " 1 0 1 0 " ,   4   =>   " 1 1 0 0 " ,   5   =>   " 1 0 1 1 " ,   6   =>   " 1 1 1 1 " ,   7   =>   " 0 0 1 0 " ,   8   =>   " 1 0 1 0 " ,   9   =>   " 1 1 0 1 " ,   1 0   =>   " 0 1 1 0 " ,   1 1   =>   " 1 1 1 0 " ,   1 2   =>   " 1 0 1 0 " ,   1 3   =>   " 0 1 0 1 " ,   1 4   =>   " 1 0 1 1 " ,   1 5   =>   " 0 1 1 1 " ,   o th er s   =>   ( o th er s   =>   ' 0 ' )   );     2 . 3 .     Ra nd o m   nu m b er   g ener a t o rs   T R NG1   ar ch itectu r is   r in g   o s ci llato r - b ased   T R NG  ar ch itect u r f o r   g en er ati n g   tr u r an d o m   b its tr ea m s .   R in g   o s cillato r   p h ase  o r   f r eq u en c y   j itter   is   u s ed   as  an   en tr o p y   s o u r ce   f o r   th i s   T R NG  ar ch itectu r e.   T h is   ar ch itectu r w a s   s elec ted   d u to   its   s i m p le  s tr u c t u r e,   d etailed   an d   ap p licab le   s to ch ast ic  m o d el  an d   o n lin e   test ab ilit y .   Fi g u r e   2   r ep r esen ts   an   ar ch itect u r al  d iag r a m   o f   t h T R NG1   ar ch itectu r e.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t Vo l.  1 5 ,   No .   1 Ma r c h   202 6 :   21 - 30   24       Fig u r e   2 .   T R NG1   ar ch itectu r d iag r a m       I n   th i s   ar ch itect u r e,   th er ar t w o   t y p e s   o f   r in g   o s cillato r s   b ased   o n   NA N D,   NOR,  an d   N OT   g ates.  T h s tar s ig n al   f u n ct io n s   as a n   en ab le  co n tr o l.  T h f ir s t r in g   o s cillato r   c o n tain s   o n NA N g ate,   w h ich   u s es a   co n s ta n t r is t i m e   o f   v al u 1 0   n s   [ 2 2 ] ,   an d   t w o   NOT   g ates.  T h s ec o n d   r in g   o s cillato r   co n ta in s   o n NO R   g ate,   w h ic h   u s es  co n s ta n r i s ti m o f   v al u 1 0   n s   [ 2 2 ] ,   an d   f o u r   NOT   g ates.  Ou tp u ts   o f   b o th   r in g   o s c illato r s   ar e   XORed   an d   s a m p led   b y   FF   cir cu it  at  clo ck   f r eq u en c y   o f   1 0 0   MH to   g en er ate  r an d o m   b its tr ea m .   T h p r o p o s ed   tr an s itio n   e f f ec r i n g   o s cillato r   ( T E R O ) - b ased   T R NG2   ar ch itec tu r i s   s h o w n   in   Fi g u r 3 .   T h m o d i f ied   T E R b ased   T R N ar ch itectu r w as  s elec ted   d u to   its   s u p er io r   en tr o p y   g en er atio n   an d   lo w e r   s u s ce p tib ilit y   to   b ias  co m p ar e d   to   tr ad itio n al  r in g   o s ci llato r s .   T w o   N A ND  g ate s   w it h   c o n s ta n r is ti m o f   v alu 1 0   n s   an d   6   NOT   g ates  f o r m   T E R [ 2 3 ] ,   [ 2 4 ]   lo o p ,   an d   th is   lo o p   is   u s ed   as  an   en t r o p y   s o u r ce   f o r   th e   p r o p o s ed   T R NG2   ar ch itectu r e .   I n   t h is   ar ch itect u r e,   t h s tar s i g n al   is   u s ed   as  a n   e n ab le  s i g n al   to   tr i g g er   t h e   T E R lo o p .   DFF is   u s ed   to   g en er ate  r an d o m   b its tr ea m s .           Fig u r e   3 .   T R NG2   ar ch itectu r d iag r a m       T h p r o p o s ed   7 - b it  L FS R - b ase d   P R NG  ar ch itectu r co n s is t s   o f   7   DFFs   a n d   o n XNO R   g ate ,   as  s h o wn   in   Fig u r 4 .   In   th is   ar ch itectu r e,   th er is   n o   s ee d   v alu [ 2 5 ]   u s ed ,   an d   th o u tp u o f   th las FF   ( DFF6 )   is   u s ed   to   g en er ate  r an d o m   b its tr ea m .   T h is   ar ch itect u r is   ch o s en   b ec au s it  g e n er ates  r an d o m   n u m b er s   m o r e   ef f ec tiv e l y   t h a n   tr ad itio n al  L F SR - b ased   ar ch itect u r es t h at  r el y   o n   s ee d   v al u e.           Fig u r e   4 .   P R NG  ar ch itectu r d iag r a m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t     I SS N:   2089 - 4864       F P GA   imp leme n ta tio n   o a   co p r o ce s s o r   a r ch itectu r fo r   r a n d o d a ta   g en era tio n   a n d     ( Ma n o j Ku ma r )   25   T o   c o n v er th r a n d o m   b its tr ea m   o b tain ed   f r o m   th R NG 's  ar ch itect u r in to   4 - b it  r an d o m   d ata,   a     4 - b it  DFF - b ased   s h i f r eg i s ter   ( SIP O)   is   u s ed   in   t h p r o p o s ed   co p r o ce s s o r   ar ch itectu r e.   I n   t h is   SIP cir cu it,  all  DFFs   o p er ates  at  1 0 0   MH s y s te m   clo c k .   B ased   o n   t h co n tr o lo g ic  v al u e,   th e   4 x 1   m u ltip lex er   cir cu it  p r o d u ce s   p ar ticu lar   R NG  ar ch itec tu r o u tp u t o f   4 - b its   o f   r an d o m   d at a.     2 . 4 .     E ncry ptio l o g ic   A _ B u s   co n tai n s   4 - b it  p lain tex d ata  o b tain ed   f r o m   t h r eg is ter   f ile  b y   u s o f   t h s o u r ce   r eg i s te r   o p er an d   ( R s ) .   4 - b it e n cr y p ted   d ata  is   o b tain ed   b y   X OR I NG  4 - b it r an d o m   d ata  w it h   4 - b it p lai n tex d ata.     2 . 5 .   I ns t ruct io s et   f o r m a t   A   1 5 - b it  in s tr u ct io n   w o r d   f o r   th p r o p o s ed   co p r o ce s s o r   a r ch itect u r is   s h o w n   in   Fi g u r 5 .   Fo r   th e   p r o p o s ed   co p r o ce s s o r ,   m n e m o n ics a n d   in s tr u ctio n   f u n ctio n s   ar s h o w n   i n   T ab le  1 .           Fig u r e   5 .   P r o p o s ed   c o p r o ce s s o r   1 5 - b it  i n s tr u ct io n   w o r d       T ab le  1.   Mn em o n i cs a n d   in s tr u ctio n   f u n ct io n   d etails  f o r   th p r o p o s ed   co p r o ce s s o r   ar ch itectu r e   O P C O D E   M N E M O N I C   I n st r u c t i o n   d e scri p t i o n   00   T R N G 1   G e n e r a t i o n   o f   4 - b i t   r a n d o d a t a   b y   u s i n g   r i n g   o sc i l l a t o r - b a se d   T R N G   a r c h i t e c t u r e   01   P R N G   G e n e r a t i o n   o f   4 - b i t   r a n d o d a t a   b y   u s i n g   7   b i t   L F S R   c i r c u i t   10   T R N G 2   G e n e r a t i o n   o f   4 - b i t   r a n d o d a t a   b y   u s i n g   T ER O   T R N G   a r c h i t e c t u r e   11   NOP   N o   o p e r a t i o n   p e r f o r me d       3.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   VHDL   is   u s ed   to   d esi g n   co p r o ce s s o r   ar ch itectu r e.   Xili n x   I SE  Viv ad o   2 0 1 5 .   T w o   to o ls   ar u s ed   to   s y n t h esize  a n d   s i m u late   co p r o ce s s o r   ar ch itect u r e.   T h p r o p o s ed   co p r o ce s s o r   ar ch itectu r e   is   i m p le m en ted   o n   A r ti x 7   FP GA   ( x c7 a3 5 tlcp g 2 3 6 - 2 L ) .   T h in d iv id u al  r in g   o s cillato r - b ased   T R NG  ( T R NG1 )   ar ch itect u r s i m u lat io n   o u tp u w av e f o r m   i s   s h o w n   i n   Fi g u r 6 .           Fig u r e   6 .   Si m u latio n   w av e f o r m   o f   T R NG1   ar ch itect u r e       I n   Fig u r 6 ,   s ig n a t1   r ep r es en ts   t h o u tp u o f   t h XO R   g ate  in   t h r in g   o s cillato r - b a s ed   T R NG  ar ch itect u r ( T R NG1 ) ,   s ig n al   tr n g o p 1   r e p r esen ts   4 - b it  r an d o m   d ata  o b tain ed   f r o m   th SIP s h if r eg i s ter   cir cu it,  s i g n al  s tar r ep r esen t s   t h en ab le  s i g n al  f o r   b o th   r in g   o s c illato r   cir cu its ,   an d   clk   r ep r esen t s   th 1 0 0   MH z   s y s te m   clo ck .   T h i n d iv id u al  T E R O - b a s ed   T R NG  ( T R NG2 )   ar ch itect u r s i m u latio n   o u tp u w a v e f o r m   i s   s h o w n   in   Fi g u r 7 .           Fig u r e   7 .   Si m u latio n   w av e f o r m   o f   T R NG2   ar ch itect u r e       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t Vo l.  1 5 ,   No .   1 Ma r c h   202 6 :   21 - 30   26   I n   F ig u r e   7 ,   s ig n al  t1   r ep r ese n ts   th o u tp u o f   th DFF  in   t h T E R T R NG  ar ch itectu r ( T R NG2 ) ,   s ig n al  tr n g o p 1   r ep r esen ts   4 - b it   r an d o m   d ata  o b tain ed   f r o m   t h SIP s h i f r eg is ter   cir c u it,  s i g n al   s tar r ep r esen ts   t h en ab le  s ig n al  f o r   th T E R lo o p ,   an d   s ig n al  clk   r ep r esen ts   t h 1 0 0   MH s y s te m   clo ck .   T h in d iv id u al   L F SR - b ased   P R NG  ar ch itec tu r s i m u latio n   o u tp u w a v e f o r m   is   s h o w n   in   Fig u r 8 .           Fig u r e   8 .   Si m u latio n   w av e f o r m   o f   L F SR   b ased   P R NG  ar ch i tectu r e       I n   F i g u r e   8 ,   s i g n al  q   r ep r esen t s   4 - b it  r an d o m   d ata  o b tain ed   f r o m   t h SIP s h i f r eg is ter   cir cu it,  s i g n al   s tar t r ep r esen ts   t h e n ab le  s i g n al ,   an d   s ig n al  cl k   r ep r esen t s   t h 1 0 0   MH s y s te m   c lo ck .   Fi g u r e s   6 - s h o w s   t h at   th g e n er ated   4 - b it r an d o m   d at f r o m   th R N ar ch itect u r es  is   r an d o m   in   n a tu r e.   Fo r   co n d u cti n g   t h NI ST   SP   800 - 2 2   test ,   1 0 0 0   r an d o m   b it s   ar tak e n ,   an d   i f   t h P - v al u is 0 . 0 1 ,   th en   t h p r o p o s ed   R NG  ar ch itec tu r e   s u cc e s s f u ll y   p ass e s   t h r an d o m n e s s   test .   NI ST   test   r es u lts   ar s h o w n   i n   T ab les  2 - 4 .   T h s i m u latio n   o u tp u t   w a v e f o r m   f o r   t h p r o p o s ed   c o p r o ce s s o r   ar ch itectu r f o r   C T R L   o f   v al u 0 1 ”  is   s h o w n   i n   Fig u r 9 .       T ab le  2.   NI S T   SP   8 0 0 - 2 2   T est r esu lt  f o r   T R NG1   ar ch itectu r e   N I S T   t e st   P - v a l u e   R e su l t   D F T   0 . 4 0 2 4   P a ss   A p p r o x i mat e   e n t r o p y   t e st   0 . 0 2 4 3   P a ss   F r e q u e n c y   ( m o n o b i t ) t e st   0 . 5 9 1 0   P a ss   B i n a r y   mat r i x   r a n k   t e st   0 . 0 3 9 1   P a ss   R a n d o e x c u r si o n   t e st   0 . 7 7 6 4   P a ss   F r e q u e n c y   t e st   w i t h i n   a   b l o c k   0 . 9 9 7 1   P a ss   S e r i a l   0 . 9 9 9 5   P a ss   N o n - o v e r l a p p i n g   t e m p l a t e   ma t c h i n g   t e st   0 . 8 7 7 2   P a ss   R u n   0 . 0 0 0 0   F a i l       T ab le  3.   NI S T   SP   8 0 0 - 2 2   T est r esu lt  f o r   T R NG2   ar ch itectu r e   N I S T   t e st   P - v a l u e   R e su l t   D F T   0 . 4 0 2 4   P a ss   A p p r o x i mat e   e n t r o p y   t e st   0 . 0 0 2 2   P a ss   F r e q u e n c y   ( m o n o b i t )   t e st   0 . 6 5 4 3   P a ss   B i n a r y   mat r i x   r a n k   t e st   0 . 0 3 9 1   P a ss   R a n d o e x c u r si o n   t e st   0 . 3 8 6 1   P a ss   F r e q u e n c y   t e st   w i t h i n   a   b l o c k   0 . 9 2 0 9   P a ss   S e r i a l   0 . 9 9 9 5   P a ss   N o n - o v e r l a p p i n g   t e m p l a t e   ma t c h i n g   t e st   0 . 8 7 7 2 7   P a ss   R u n   0 . 6 7 1 2   P a ss       T ab le  4.   NI S T   SP   8 0 0 - 22  t est r esu lt  f o r   L F SR   b ased   P R NG  ar ch itect u r e   N I S T   t e st   P - v a l u e   R e su l t   D F T   0 . 4 0 2 4   P a ss   A p p r o x i mat e   e n t r o p y   t e st   0 . 0 1 9 6   P a ss   F r e q u e n c y   ( m o n o b i t )   t e st   0 . 0 0 0 0   F a i l   B i n a r y   mat r i x   r a n k   t e st   0 . 0 3 9 1   P a ss   R a n d o e x c u r si o n   t e st   0 . 9 6 2 5   P a ss   F r e q u e n c y   t e st   w i t h i n   a   b l o c k   0 . 9 9 9 9   P a ss   S e r i a l   0 . 9 9 9 5   P a ss   N o n - o v e r l a p p i n g   t e m p l a t e   ma t c h i n g   t e st   0 . 8 7 5 9   P a ss   R u n   0 . 0 1 1 9   P a ss       I n   Fi g u r 9 ,   s i g n al  C T R L   r ep r esen t s   2 - b it c o n tr o l si g n al  f o r   s elec tin g   p ar ticu lar   R NG  a r ch itect u r e   o u tp u t,  s i g n al  s tar r ep r esen ts   th s tar s ig n al  f o r   th co p r o ce s s o r   ar ch itect u r e,   s ig n al  r e g _ f ile1   s h o w s   1 6 x Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t     I SS N:   2089 - 4864       F P GA   imp leme n ta tio n   o a   co p r o ce s s o r   a r ch itectu r fo r   r a n d o d a ta   g en era tio n   a n d     ( Ma n o j Ku ma r )   27   r eg is ter   f i le  co n ten t,  s i g n al  R eg A   r ep r esen ts   s o u r ce   r eg is te r   R s ,   s ig n al  R e g B   r ep r esen ts   d esti n atio n   r eg is te r   R d 1 ,   s ig n al  R e g C   r ep r esen ts   d esti n atio n   r eg is ter   R d 2 ,   s ig n al  r an d o m d ata  r ep r esen ts   4 - b i r an d o m   d ata  o f   p ar ticu lar   R NG  ar ch itect u r e,   s ig n a l e n cr y p te  d d ata  r ep r esen t s   4 - b it e n cr y p ted   d ata,   an d   s ig n al  clo ck   r ep r esen ts   th 1 0 0   MH s y s te m   clo c k .   I n   Fi g u r 9 ,   s o u r ce   r eg i s ter   R s   at  th ad d r ess   o f   v a lu 0   co n t ain s   p lai n te x v al u e   0 0 0 1 ,   d esti n atio n   r e g is ter   R d 1   at  th ad d r ess   o f   v al u 4   co n t ain s   4 - b it  r an d o m   d ata  0 0 0 0 ,   d esti n atio n   r eg i s ter   R d 2   at  th ad d r ess   o f   v al u 8   co n tain s   4 - b it  en cr y p ted   d ata  0 0 0 1 ,   s ig n al  C T R L   v al u is   0 1   f o r   g ettin g   r an d o m   b its tr ea m   f r o m   th P R NG  ar c h itect u r e,   an d   s ig n al  s tar v a lu is   1 . 1 5 - b it in s tr u c tio n   w o r d s   r ea d   f r o m   p r o ce s s   s tate m en i n   th te s tb en c h   p r o g r a m .   T h s i m u lat io n   o u tp u w av ef o r m   f o r   th p r o p o s ed   co p r o ce s s o r   ar ch itectu r e   f o r   C T R L   o f   v alu 1 0 ”  is   s h o w n   in   Fig u r 1 0 .   I n   th is   f i g u r e,   s o u r ce   r eg is ter   R s   at  th ad d r e s s   o f   v alu 2   co n tain s   p lain te x v alu 1 0 0 1 ,   d esti n atio n   r e g is ter   R d 1   at  th ad d r ess   o f   v alu 1 2   co n tain s   4 - b it  r an d o m   d ata  0000 0 1 1 1 1 1 1 1 ,   d esti n at io n   r eg i s ter   R d 2   at  th ad d r ess   o f   v al u 9   co n tain s   4 - b it  en cr y p ted   d ata   0001 0 1 1 0 1 1 1 0 ,   s ig n al  C T R L   v alu i s   1 0   f o r   g ettin g   r an d o m   b its tr ea m   f r o m   th T R NG2   ar ch itectu r e,   an d   s ig n al  s tar v al u is   1 .   Fo r   th in s tr u ct io n   w o r d   0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 ”  an d   1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1   f o r   th co p r o ce s s o r   ar ch itectu r e,   r eg is ter   f ile  co n te n t is  g i v en   i n   T ab le  5 .           Fig u r e   9 .   Si m u latio n   o u tp u wav ef o r m   f o r   th p r o p o s ed   co p r o ce s s o r   ar ch itectu r f o r   C T R L =” 0 1           Fig u r e   10 .   Si m u latio n   o u tp u w a v e f o r m   f o r   t h p r o p o s ed   c o p r o ce s s o r   ar ch itectu r f o r   C T R L =” 1 0       T ab le   5.   R eg is ter   f i le  co n ten t   M N E M O N I C   R s( so u r c e )   R d 1   ( d e st i n a t i o n )   R d 2   ( d e st i n a t i o n )   P R N G   R 0 ( 0 0 0 1 )   R 4 ( 0 1 0 0 )   R 8 ( 1 0 0 0 )   T R N G 2   R 2 ( 0 0 1 0 )   R 1 2 ( 1 1 0 0 )   R 9 ( 1 0 0 1 )       Fro m   Fig u r es   9,   10 ,   an d   T ab l 5 ,   it  is   clea r   th at  th e   p r o p o s ed   co p r o ce s s o r   is   w o r k i n g   co r r ec tl y .   T h ex p ec ted   tr an s itio n   o f   th r eg i s ter s   b in ar y   v al u es  f o r   th C T R L   v alu e s   0 1 ”  an d   1 0 ”  is   s h o w n   in   T ab le  6 Fig u r es  9   an d   1 0   s h o w   th at  th laten c y   v al u is   3   clo ck   cy cl es  f o r   g ettin g   th r eg is ter   f i le 's  ( s ig n a r eg _ f ile1 )   co n ten u p d ated .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t Vo l.  1 5 ,   No .   1 Ma r c h   202 6 :   21 - 30   28   T ab le  6.   E x p ec ted   tr an s itio n   o f   th r e g is ter s   v al u es i n   th r e g is ter   f ile   R e g i st e r   i n d e x   B i n a r y   v a l u e s   R0   0 0 0 1   R1   1 0 0 0   R2   1 0 0 1   R3   1 0 1 0   R4   1 1 0 0 0 0 0 0   R5   1 0 1 1   R6   1 1 1 1   R7   0 0 1 0   R8   1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1   R9   1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0   R 1 0   0 1 1 0   R 1 1   1 1 1 0   R 1 2   1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1   R 1 3   0 1 0 1   R 1 4   1 0 1 1   R 1 5   0 1 1 1       Fig u r e   1 1   r ep r esen ts   th R T L   s c h e m atic  d iag r a m   o f   t h e   i m p le m en ted   co p r o ce s s o r   ar ch itect u r e.     T ab le  7   r ep r esen ts   s y n th e s is   r esu lt s   f o r   th i m p le m e n ted   co p r o ce s s o r   ar ch itectu r e.   Fro m   th ti m i n g _ r ep o r t   co m m a n d ,   th e   d ata  p ath   d ela y   i s   4 . 3 2 6   n s ,   y ield i n g   th r o u g h p u v alu e   [ 2 2 ]   o f   2 3 1 . 1 6   Mb p s   f o r   th co p r o ce s s o r .   T ab le  8   s h o w s   ar ea   co n s u m p tio n   r esu lts   in   ter m s   o f   L UT s   f o r   th p r o p o s ed   an d   e x is t in g   co p r o ce s s o r   ar ch itect u r es.  T h is   tab le  s h o w s   t h at  t h p r o p o s ed   co p r o ce s s o r   co n s u m e s   v er y   s m all  n u m b er   o f   L UT s   in   co m p ar is o n   w ith   ex is ti n g   co p r o ce s s o r   ar ch itectu r es.  Als o ,   th p r o p o s ed   co p r o ce s s o r   o p er at es a h ig h e r   clo ck   f r eq u en c y   i n   co m p ar is o n   w i th   ex is t in g   ar ch itec tu r es.           Fig u r e   11 .   C o p r o ce s s o r   ar ch itectu r R T L   s c h e m atic  d iag r a m       T ab le   7.   Sy n th e s is   r es u lt s   f o r   t h p r o p o s ed   co p r o ce s s o r   a r ch itectu r e   T o t a l   o n   c h i p   p o w e r   c o n su m p t i o n ( W )   S p e e d ( n s)   R e so u r c e   U t i l i z a t i o n   3 6 . 4 2   4 . 3 2 6                                     F F                                     1 8 0                 L U T                       1 0 0       M e mo r y   L U T               1       T ab le   8.   A r ea   co n s u m p tio n   r e s u lt s   co m p ar is o n   b et w ee n   p r o p o s ed   an d   ex is ti n g   co p r o ce s s o r   ar ch itectu r e   W o r k   F P G A   A r e a   c o n su m p t i o n   ( L U T s)   F r e q u e n c y   ( M H z )   L i u   e t   a l .   [2 6 ]   V i r t e x - 4   2 4 , 0 0 3     H a mi l t o n   a n d   M a r n a n e   [ 1 3 ]   V i r t e x - 5   2 8 , 5 0 8     O k a d a   e t   a l [ 1 5 ]       66   B a n e r j e e   e t   a l [2 7 ]       16   F r i t z man n   e t   a l .   [2 8 ]       45   B a n e r j e e   e t   a l .   [ 29 ]       72   P r o p o se d   c o p r o c e sso r   A r t i x - 7   1 0 0   1 0 0   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t     I SS N:   2089 - 4864       F P GA   imp leme n ta tio n   o a   co p r o ce s s o r   a r ch itectu r fo r   r a n d o d a ta   g en era tio n   a n d     ( Ma n o j Ku ma r )   29   4.   CO NCLU SI O N   I n   t h is   w o r k ,   co p r o ce s s o r   f o r   g e n er atin g   4 - b it r an d o m   d ata  an d   p er f o r m i n g   en cr y p tio n   is   p r esen ted .   T h r ee   ty p e s   o f   R NG   ar ch ite ctu r es  ar u s ed   to   g e n er ate  r an d o m   d ata  f o r   p er f o r m i n g   e n cr y p tio n .   T R NG1   ar ch itect u r is   b ased   o n   m o d i f i ed   r in g   o s c u lato r s   cir c u i t s ,   an d   T R NG2   ar ch itectu r b ased   o n   T E R lo o p   is   also   m o d i f ied .   A   4 - b it  SIP s h i f t   r eg is ter   cir cu it  is   u s ed   to   co n v er 1 - b it  r an d o m   d ata  i n to   4 - b it  r an d o m   d ata.   P lain tex d ata  f o r   p er f o r m i n g   en cr y p tio n   is   s to r ed   in   s o u r ce   r eg is ter   R s .   All  co p r o ce s s o r   b lo ck s   ar d esi g n ed   u s i n g   VHD L   an d   i m p le m e n te d   o n   A r tix - 7   FP GA .   T h p r o p o s ed   co p r o ce s s o r   co n s u m e s   1 0 0   L UT s ,   1 8 0   FF s ,   an d   1   m e m o r y   L UT .   T h th r o u g h p u v al u f o r   th p r o p o s ed   co p r o ce s s o r   is   2 3 1 . 1 6   Mb p s .   F o r   th im p le m e n ted   co p r o ce s s o r   ar ch itectu r s i m u latio n   o u tp u w a v ef o r m   a n d   r eg is ter   f ile  co n ten t s   ar s h o w n .   T h laten c y   v al u e   is   3   clo ck   cy cles f o r   u p d atin g   th r eg is ter   f ile  co n te n t NI ST   SP   8 0 0 - 2 2   test   r esu lts   o f   th p r o p o s ed   T R NG  an d   P R NG  ar ch itectu r v alid ate  th r an d o m n es s   q u alit y .   T h p r o p o s ed   co p r o ce s s o r   a r ch itectu r e   co n s u m es  le s s   ar ea   an d   o p er ates  at  h ig h er   clo ck   f r eq u e n c y   i n   co m p ar is o n   w it h   ex is ti n g   co p r o ce s s o r   ar ch itect u r e,   an d   th s i m u lat io n   r esu lts   v alid ate  its   f u n ct io n alit y .   T h ar ch itectu r is   ap p licab le  to   s ec u r em b ed d ed   s y s te m s   s u c h   as   A T Ms,  r o u ter s ,   an d   I o T   d ev ic es.  Fu tu r r esear ch   w ill  f o c u s   o n   in co r p o r atin g   d ec r y p tio n   f u n ctio n s   an d   s ca lin g   th d esi g n   i n to   co m p lete  s y s t e m - on - ch ip   ( So C )   ar ch i tectu r e   to   s u p p o r en d - to - e n d   cr y p to g r ap h ic  ap p licatio n s .       F UNDIN G   I NF O RM AT I O N   Au t h o r s   s tate  n o   f u n d i n g   i n v o l v ed .       AUTHO CO NT RIB UT I O NS ST A T E M E NT   T h is   jo u r n al   u s e s   th C o n tr ib u to r   R o les  T ax o n o m y   ( C R ed iT )   t o   r ec o g n ize  in d i v id u al  au t h o r   co n tr ib u tio n s ,   r ed u ce   au t h o r s h ip   d is p u tes,  an d   f ac ilit ate  co lla b o r atio n .     Na m o f   Aut ho r   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   Ma n o j   Ku m ar                                 C     C o n c e p t u a l i z a t i o n   M     M e t h o d o l o g y   So     So f t w a r e   Va     Va l i d a t i o n   Fo     Fo r mal   a n a l y si s   I     I n v e st i g a t i o n   R     R e so u r c e s   D   :   D a t a   C u r a t i o n   O   :   W r i t i n g   -   O r i g i n a l   D r a f t   E   :   W r i t i n g   -   R e v i e w   &   E d i t i n g   Vi     Vi su a l i z a t i o n   Su     Su p e r v i si o n   P     P r o j e c t   a d mi n i st r a t i o n   Fu     Fu n d i n g   a c q u i si t i o n         CO NF L I C T   O F   I N T E R E S T   ST A T E M E NT   Au t h o r   d ec lar es  th at  h h a s   n o   s ig n i f ican co m p etin g   f in a n ci al,   p r o f ess io n al,   o r   p er s o n al  in ter ests   th a m i g h h a v in f l u e n ce d   th p er f o r m a n ce   o r   p r esen tatio n   o f   th e   w o r k   d escr ib ed   in   t h is   m an u s cr ip t.       DATA AV AI L AB I L I T Y   T h d ata   u s ed   to   s u p p o r th f in d in g s   o f   th i s   s tu d y   ar av aila b le  f r o m   th co r r esp o n d in g   a u th o r   u p o n   r eq u est.       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   M .   K .   A .   N a ssi a n d   Z .   Z a k a r y a ,   F P G A - b a se d   i m p l e me n t a t i o n   o f   a   s u b s t i t u t i o n   b o x   c r y p t o g r a p h i c   c o - p r o c e sso r   f o r   h i g h - p e r f o r man c e   a p p l i c a t i o n s,   I n t e r n a t i o n a l   J o u rn a l   o f   Re c o n f i g u r a b l e   a n d   E m b e d d e d   S y s t e m ( I J RES ) ,   v o l .   1 4 ,   n o .   2 ,   p p .   5 8 7 5 9 6 ,   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 9 1 / i j r e s.v 1 4 . i 2 . p p 5 8 7 - 5 9 6 .   [ 2 ]   V .   S .   M i l l e r ,   U s e   o f   El l i p t i c   C u r v e i n   C r y p t o g r a p h y ,   i n   L e c t u r e   N o t e s   i n   C o m p u t e S c i e n c e   ( i n c l u d i n g   su b s e ri e L e c t u re   N o t e s   i n   Art i f i c i a l   I n t e l l i g e n c e   a n d   L e c t u re   N o t e i n   B i o i n f o rm a t i c s) ,   1 9 8 6 ,   p p .   4 1 7 4 2 6 d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / 3 - 5 4 0 - 3 9 7 9 9 - X _ 3 1 .   [ 3 ]   R .   L .   R i v e st ,   A .   S h a mi r ,   a n d   L .   A d l e man ,   A   M e t h o d   f o r   O b t a i n i n g   D i g i t a l   S i g n a t u r e a n d   P u b l i c - K e y   C r y p t o sy st e ms,”   C o m m u n i c a t i o n o f   t h e   A C M ,   v o l .   2 1 ,   n o .   2 ,   p p .   1 2 0 1 2 6 ,   1 9 7 8 ,   d o i :   1 0 . 1 1 4 5 / 3 5 9 3 4 0 . 3 5 9 3 4 2 .   [ 4 ]   H .   N e j a t o l l a h i ,   N .   D u t t ,   S .   R a y ,   F .   R e g a z z o n i ,   I .   B a n e r j e e ,   a n d   R .   C a m maro t a ,   P o st - Q u a n t u L a t t i c e - B a se d   C r y p t o g r a p h y   I mp l e me n t a t i o n s,   A C M   C o m p u t i n g   S u rv e y s ,   v o l .   5 1 ,   n o .   6 ,   p p .   1 4 1 ,   N o v .   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 1 4 5 / 3 2 9 2 5 4 8 .   [ 5 ]   L .   C h o q u i n   a n d   F .   P i r y ,   A r m C u st o I n st r u c t i o n s:   En a b l i n g   I n n o v a t i o n   a n d   G r e a t e r   F l e x i b i l i t y   o n   A r m,”   C a m b r i d g e ,   U K ,   2 0 2 0 .   [ 6 ]   O p e n H W   G r o u p ,   C O R E - V Ex t e n si o n   I n t e r f a c e ,   O t t a w a ,   O N ,   U S A ,   2 0 2 2 .   [ 7 ]   C .   J .   Ez e o f o r   a n d   A .   G .   U l a si ,   A n a l y si o f   N e t w o r k   D a t a   E n c r y p t i o n   &   D e c r y p t i o n   T e c h n i q u e i n   C o mm u n i c a t i o n   S y st e ms,”   I n t e r n a t i o n a l   J o u rn a l   o f   I n n o v a t i v e   Re sea r c h   i n   S c i e n c e ,   En g i n e e r i n g   a n d   T e c h n o l o g y ,   v o l .   0 3 ,   n o .   1 2 ,   p p .   1 7 7 9 7 1 7 8 0 7 ,   2 0 1 4 ,   d o i :   1 0 . 1 5 6 8 0 / i j i r se t . 2 0 1 4 . 0 3 1 2 0 0 8 .   [ 8 ]   V .   S h a i k   a n d   D .   N .   K . ,   F l e x i b l e   a n d   c o st - e f f e c t i v e   c r y p t o g r a p h i c   e n c r y p t i o n   a l g o r i t h m   f o r   se c u r i n g   u n e n c r y p t e d   d a t a b a se   f i l e a t   r e st   a n d   i n   t r a n si t ,   M e t h o d s X ,   v o l .   9 ,   p .   1 0 1 9 2 4 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . me x . 2 0 2 2 . 1 0 1 9 2 4 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4864   I n t J   R ec o n f i g u r ab le  &   E m b ed d ed   Sy s t Vo l.  1 5 ,   No .   1 Ma r c h   202 6 :   21 - 30   30   [ 9 ]   H .   B .   M e i t e i   a n d   M .   K u mar,  F P G A   d e si g n   a n d   i m p l e me n t a t i o n   o f   T R N G   a r c h i t e c t u r e   u s i n g   A D P L L   b a se d   o n   f i r   a l o o p   f i l t e r ,   An a l o g   I n t e g ra t e d   C i r c u i t s   a n d   S i g n a l   Pro c e ss i n g ,   v o l .   1 2 2 ,   n o .   1 ,   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s1 0 4 7 0 - 024 - 0 2 2 9 5 - 8.   [ 1 0 ]   H .   B .   M e i t e i   a n d   M .   K u mar,   F P G A   I mp l e me n t a t i o n   o f   T r u e   R a n d o N u mb e r   G e n e r a t o r   A r c h i t e c t u r e   U si n g   A l l   D i g i t a l   P h a se - L o c k e d   L o o p ,   I ETE  J o u r n a l   o f   Re s e a rc h ,   v o l .   6 8 ,   n o .   3 ,   p p .   1 5 6 1 1 5 7 0 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 8 0 / 0 3 7 7 2 0 6 3 . 2 0 2 1 . 1 9 6 3 3 3 3 .   [ 1 1 ]   L .   P a n ,   G .   T u ,   S .   L i u ,   Z .   C a i ,   a n d   X .   X i o n g ,   A   L i g h t w e i g h t   A ES  C o p r o c e sso r   B a se d   o n   R I S C - V   C u st o I n st r u c t i o n s,”   S e c u ri t y   a n d   C o m m u n i c a t i o n   N e t w o r k s ,   v o l .   2 0 2 1 ,   p .   9 3 5 5 1 2 3 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 5 / 2 0 2 1 / 9 3 5 5 1 2 3 .   [ 1 2 ]   J.  L e e ,   W .   K i m,  a n d   J.   H .   K i m,  A   P r o g r a mm a b l e   C r y p t o - P r o c e sso r   f o r   N a t i o n a l   I n st i t u t e   o f   S t a n d a r d s   a n d   T e c h n o l o g y   P o st - Q u a n t u C r y p t o g r a p h y   S t a n d a r d i z a t i o n   B a se d   o n   t h e   R I S C - V   A r c h i t e c t u r e ,   S e n so rs v o l .   2 3 ,   n o .   2 3 ,   p .   9 4 0 8 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / s 2 3 2 3 9 4 0 8 .   [ 1 3 ]   M .   H a mi l t o n   a n d   W .   P .   M a r n a n e ,   I m p l e me n t a t i o n   o f   a   se c u r e   TL S   c o p r o c e sso r   o n   a n   F P G A ,   Mi c r o p ro c e ss o rs  a n d   M i c r o sys t e m s v o l .   4 0 ,   p p .   1 6 7 1 8 0 ,   2 0 1 6 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . mi c p r o . 2 0 1 5 . 1 0 . 0 0 9 .   [ 1 4 ]   Y .   W a n g ,   D .   L .   M a sk e l l ,   a n d   J.   L e i w o ,   A   u n i f i e d   a r c h i t e c t u r e   f o r   a   p u b l i c   k e y   c r y p t o g r a p h i c   c o p r o c e sso r ,   J o u rn a l   o f   S y st e m Arc h i t e c t u r e ,   v o l .   5 4 ,   n o .   1 0 ,   p p .   1 0 0 4 1 0 1 6 ,   2 0 0 8 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . sy sarc. 2 0 0 8 . 0 4 . 0 1 3 .   [ 1 5 ]   S .   O k a d a ,   N .   T o r i i ,   K .   I t o h ,   a n d   M .   T a k e n a k a ,   I mp l e m e n t a t i o n   o f   e l l i p t i c   c u r v e   c r y p t o g r a p h i   c o p r o c e sso r   o v e r   G F ( 2   m)   o n   a n   F P G A ,   i n   L e c t u re   N o t e s   i n   C o m p u t e S c i e n c e   ( i n c l u d i n g   s u b ser i e s   L e c t u r e   N o t e s   i n   Art i f i c i a l   I n t e l l i g e n c e   a n d   L e c t u re   N o t e s   i n   Bi o i n f o rm a t i c s) ,   2 0 0 0 ,   p p .   2 5 40 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / 3 - 540 - 4 4 4 9 9 - 8 _ 2 .   [ 1 6 ]   P .   H .   W .   L e o n g   a n d   I .   K .   H .   L e u n g ,   A   mi c r o c o d e d   e l l i p t i c   c u r v e   p r o c e sso r   u si n g   F P G A   t e c h n o l o g y ,   I EEE  T ra n sa c t i o n o n   Ve r y   L a rg e   S c a l e   I n t e g r a t i o n   ( VL S I )   S y s t e m s ,   v o l .   1 0 ,   n o .   5 ,   p p .   5 5 0 5 5 9 ,   2 0 0 2 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / T V L S I . 2 0 0 2 . 8 0 1 6 0 8 .   [ 1 7 ]   X .   S h a n g ,   W .   S h a n ,   a n d   X .   L i u ,   D e si g n   a n d   I mp l e m e n t a t i o n   o f   a   R e c o n f i g u r a b l e   C r y p t o g r a p h i c   C o p r o c e sso r   w i t h   M u l t i p l e   S i d e - C h a n n e l   A t t a c k C o u n t e r me a su r e s,”   J o u r n a l   o f   C i r c u i t s ,   S y s t e m s   a n d   C o m p u t e rs ,   v o l .   2 7 ,   n o .   1 1 ,   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 1 1 4 2 / S 0 2 1 8 1 2 6 6 1 8 5 0 1 8 0 3 .   [ 1 8 ]   C .   T i a n ,   J.  Z h u ,   W .   S h a n ,   a n d   X .   F u ,   V L S I   d e si g n   o f   r e c o n f i g u r a b l e   c i p h e r   c o p r o c e sso r   su p p o r t i n g   b o t h   sy mm e t r i c   a n d   a sy mm e t r i c   c r y p t o g r a p h i c   a l g o r i t h ms,   i n   A d v a n c e s i n   I n t e l l i g e n t   S y s t e m s   a n d   C o m p u t i n g ,   2 0 1 4 ,   p p .   2 9 9 3 0 7 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / 9 7 8 - 81 - 3 2 2 - 1 7 5 9 - 6 _ 3 6 .   [ 1 9 ]   W .   W a n g ,   J.  H a n ,   Z .   X i e ,   S .   H u a n g ,   a n d   X .   Z e n g ,   C r y p t o g r a p h i e   c o p r o c e sso r   d e si g n   f o r   I o T   se n so r   n o d e s,”   i n   2 0 1 6   I n t e rn a t i o n a l   S o C   D e si g n   C o n f e r e n c e   ( I S O C C ) ,   I E EE,   O c t .   2 0 1 6 ,   p p .   3 7 38 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I S O C C . 2 0 1 6 . 7 7 9 9 7 6 1 .   [ 2 0 ]   G .   S .   A t h a n a si o u ,   D .   B o u f e a s,  a n d   E.   K o n st a n t o p o u l o u ,   A   R o b u st   A S C O N   C r y p t o g r a p h i c   C o p r o c e sso r   f o r   S e c u r e   I o A p p l i c a t i o n s ,   i n   2 0 2 4   P a n h e l l e n i c   C o n f e r e n c e   o n   E l e c t r o n i c s   a n d   T e l e c o m m u n i c a t i o n s,   PA C ET   2 0 2 4   -   Pr o c e e d i n g s ,   2 0 2 4 ,   d o i 1 0 . 1 1 0 9 / P A C ET 6 0 3 9 8 . 2 0 2 4 . 1 0 4 9 7 0 7 6 .   [ 2 1 ]   K .   C .   C .   L o i   a n d   S .   B .   K o ,   F l e x i b l e   e l l i p t i c   c u r v e   c r y p t o g r a p h y   c o p r o c e sso r   u si n g   s c a l a b l e   f i n i t e   f i e l d   a r i t h me t i c   b l o c k s   o n   F P G A s,”   Mi c r o p ro c e ss o rs  a n d   M i c r o sys t e m s ,   v o l .   6 3 ,   p p .   1 8 2 1 8 9 ,   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . m i c p r o . 2 0 1 8 . 0 9 . 0 0 3 .   [ 2 2 ]   H .   B .   M e i t e i   a n d   M .   K u mar,   D e si g n   a n d   I mp l e m e n t a t i o n   o f   M u l t i p l e   R i n g   O sc i l l a t o r - B a se d   T R N G   A r c h i t e c t u r e   b y   U si n g   A D P LL ,   I EEE  Ac c e ss ,   v o l .   1 3 ,   p p .   9 2 5 2 9 2 6 4 ,   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / A C C E S S . 2 0 2 5 . 3 5 2 7 5 0 7 .   [ 2 3 ]   M .   V a r c h o l a   a n d   M .   D r u t a r o v sk y ,   N e w   h i g h   e n t r o p y   e l e m e n t   f o r   F P G A   b a se d   t r u e   r a n d o m n u m b e r   g e n e r a t o r s,”   i n   L e c t u re   N o t e s   i n   C o m p u t e r   S c i e n c e   ( i n c l u d i n g   s u b s e ri e s   L e c t u re   N o t e s   i n   Art i f i c i a l   I n t e l l i g e n c e   a n d   L e c t u re   N o t e i n   B i o i n f o rm a t i c s) ,   B e r l i n ,   H e i d e l b e r g :   S p r i n g e r   B e r l i n   H e i d e l b e r g ,   2 0 1 0 ,   p p .   3 5 1 3 6 5 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / 9 7 8 - 3 - 642 - 1 5 0 3 1 - 9 _ 2 4 .   [ 2 4 ]   M .   V a r c h o l a   a n d   M .   D r u t a r o v sk ,   N e w   F P G A   b a se d   T R N G   P r i n c i p l e   U si n g   T r a n si t i o n   Ef f e c t   w i t h   B u i l t - I n   M a l f u n c t i o n   D e t e c t i o n ,   i n   I n t e r n a t i o n a l   Wo r k s h o p   o n   C ry p t o g ra p h i c   Ar c h i t e c t u r e Em b e d d e d   i n   Re c o n f i g u ra b l e   D e v i c e s - C ry p t Arc h i ,   P r a g u e   ( C z e c h i a ) ,   2 0 0 9 ,   p p .   1 5 0 1 5 5 .   [ 2 5 ]   M .   K u mar,  K .   S h a k y a w a r ,   a n d   N a v i n ,   O T P   G e n e r a t i o n   U si n g   L F S R   T o   V a l i d a t e   A p p l i c a n t   L o g i n   A c c o u n t ,   N a n o t e c h n o l o g y   Pe rc e p t i o n s ,   v o l .   2 0 ,   n o .   S 1 4 ,   p p .   1 3 1 3 1 3 2 6 ,   N o v .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 6 2 4 4 1 / n a n o - n t p . v 2 0 i S 1 4 . 8 1 .   [ 2 6 ]   Z .   L i u ,   D .   L i u ,   a n d   X .   Z o u ,   A n   Ef f i c i e n t   a n d   F l e x i b l e   H a r d w a r e   I mp l e men t a t i o n   o f   t h e   D u a l - F i e l d   El l i p t i c   C u r v e   C r y p t o g r a p h i c   P r o c e sso r ,   I EEE  T ra n s a c t i o n o n   I n d u st r i a l   E l e c t r o n i c s ,   v o l .   6 4 ,   n o .   3 ,   p p .   2 3 5 3 2 3 6 2 ,   2 0 1 7 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TI E. 2 0 1 6 . 2 6 2 5 2 4 1 .   [ 2 7 ]   U .   B a n e r j e e ,   A .   W r i g h t ,   C .   Ju v e k a r ,   M .   W a l l e r ,   A r v i n d ,   a n d   A .   P .   C h a n d r a k a s a n ,   A n   En e r g y - Ef f i c i e n t   R e c o n f i g u r a b l e   D TL S   C r y p t o g r a p h i c   E n g i n e   f o r   S e c u r i n g   I n t e r n e t - of - T h i n g A p p l i c a t i o n s,   I EE J o u r n a l   o f   S o l i d - S t a t e   C i rc u i t s ,   v o l .   5 4 ,   n o .   8 ,   p p .   2 3 3 9 2 3 5 2 ,   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / JS S C . 2 0 1 9 . 2 9 1 5 2 0 3 .   [ 2 8 ]   T .   F r i t z man n ,   G .   S i g l ,   a n d   J .   S e p ú l v e d a ,   R I S Q - V :   T i g h t l y   C o u p l e d   R I S C - V   A c c e l e r a t o r f o r   P o st - Q u a n t u C r y p t o g r a p h y ,   I AC R   T ra n s a c t i o n o n   C r y p t o g r a p h i c   H a r d w a r e   a n d   Em b e d d e d   S y s t e m s ,   p p .   2 3 9 2 8 0 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 4 6 5 8 6 / t c h e s.v 2 0 2 0 . i 4 . 2 3 9 - 2 8 0 .   [ 2 9 ]   U .   B a n e r j e e ,   T .   S .   U k y a b ,   a n d   A .   P .   C h a n d r a k a sa n ,   S a p p h i r e :   A   c o n f i g u r a b l e   c r y p t o - p r o c e sso r   f o r   p o st - q u a n t u l a t t i c e - b a se d   p r o t o c o l s,”   I AC T ra n s a c t i o n o n   C ryp t o g r a p h i c   H a rd w a re  a n d   Em b e d d e d   S y st e m s ,   v o l .   2 0 1 9 ,   n o .   4 ,   p p .   1 7 6 1 ,   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 3 1 5 4 / t c h e s.v 2 0 1 9 . i 4 . 1 7 - 6 1 .       B I O G RAP H O F   AUTHO R       M a n o K u m a r           is  c u rre n tl y   w o rk in g   a a n   a ss istan p r o f e ss o in   t h e   De p a rtm e n o El e c tro n ics   a n d   Co m m u n ica ti o n   En g i n e e rin g ,   Na ti o n a I n stit u te   o f   T e c h n o l o g y ,   M a n ip u r.   Ha v in g   c o m p lete d   h is  B. T e c h   De g re e   f ro m   NI T   Ca li c u t,   a n d   M . T e c h .   d e g re e   f ro m   th e   In d ia n   In stit u te  o f   In f o rm a ti o n   T e c h n o l o g y   (IIIT ),   A ll a h a b a d ,   h e   sta rted   w o rk in g   a a n   A ss istan P r o f e ss o in   NIT   M a n ip u a n d   re c e iv e d   h is P h . D .   d e g re e   f ro m   Na ti o n a In stit u te o f   T e c h n o lo g y   M a n ip u r.   He   h a p u b li sh e d   se v e ra re se a rc h   a rti c les   in   n a ti o n a a n d   i n tern a ti o n a re p u ted   jo u rn a l s   a n d   a tt e n d e d   v a rio u c o n f e re n c e s   a c ro ss   In d ia.  His  re se a rc h   a re a   in c lu d e V L S d e sig n ,   V L S I - DSP ,   d ig it a e lec tro n ics ,   a n d   c o m m u n ica ti o n s .   He   h a p u b li sh e d   o v e 5 0   sc ien ti f ic  a rti c les   in   in tern a ti o n a a n d   n a ti o n a l   j o u r n a l o f   re p u te  a n d   at   se v e ra c o n f e re n c e s.   He   c a n   b e   c o n tac ted   a t   e m a il m a n o jara 4 0 0 @g m a il . c o m .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.