تنفيذ FPGA المرجعي (Cyclone V)

يحتوي هذا الدليل على وحدات RTL المرجعية، وصور FPGA المترجمة مسبقًا، ونصوص اختبار TCL الاختيارية لبدائية القياس–الانهيار الذرّي. هذه البدائية هي آلية قياس–انهيار عتادية متوافقة مع CMOS تفرض دلالات القراءة الأحادية: أول قراءة مؤهلة تُرجِع البايت المخزَّن، وفعل القياس يُطلق بشكل حتمي حدث انهيار لا رجعة فيه. بعد الانهيار، لا تُنتج الخلية سوى مخرجات مبهمة أو مشتقة من PRNG، مما يضمن عدم إمكانية استرجاع القيمة الأصلية. يوضح التنفيذ كشف القراءة الأولى الحتمي، والتحكم في الوصول المشروط بالأساس، وتحولات الحالة أحادية الاتجاه الذرّية عبر مجموعة من خلايا الذاكرة المستقلة.

ملفات .sof المقدَّمة تتيح التحقق المباشر من العتاد دون الحاجة إلى أي وحدات واجهة ناقل إضافية.

الحالة: إصدار قطعة بحثية
الترخيص: للاستخدام غير التجاري فقط (انظر LICENSE أدناه)
براءة اختراع قيد الإيداع: US 19/286,600
العتاد المستهدف: Intel Cyclone V (5CSEBA6 / DE-SoC)

📦 محتويات الدليل

🧩 نظرة عامة على RTL

collapse_cell.sv

تنفّذ بدائية ذاكرة القراءة-المرة (القياس–الانهيار):

• INIT يقوم بتحميل القيمة والأساس
• أول قراءة بالأساس الصحيح تكشف القيمة المخزنة وتنهار الخلية بشكل ذرّي
• جميع القراءات اللاحقة تُرجِع بايتات مبهمة بعد الانهيار

الحالة الداخلية الرئيسية:

• basis_valid_q
• armed_q
• collapsed_q

collapse_bank.sv

تنفّذ مصفوفة الـ 1024 خلية كاملة. توفر هذه الوحدة:

• إنشاءًا متوازيًا لـ 1024 وحدة collapse_cell
• فك ترميز العناوين وتوجيهها لتحديد خلية نشطة واحدة
• بثًا موحدًا لمدخلات البيانات الوصفية (بايت الأساس، نبضة القراءة، نبضة التهيئة)
• تجميع مسارات المخرجات (data_o، collapsed_q، الحالة، إلخ.)
• تشغيل اختياري لمذبذب حلقي (RO) لدعم الإنتروبيا/الإبهام القائم على التذبذب بعد الانهيار على مستوى البنك

مسار RO يكون نشطًا فقط بعد الانهيار ويساهم في تيار المخرجات المبهمة بعد الانهيار عند تمكينه. وهو لا يؤثر على صحة القراءة الأولى أو دلالات الانهيار.

🔧 صور FPGA المقدمة

Atomic1024Bank.sof

• بناء نظيف بدون أدوات قياس
• يُستخدم للعروض التوضيحية البسيطة والتحقق من الصندوق الأسود

SignalTap.sof

• نفس RTL مع تمكين مجسات SignalTap
• يلتقط توقيت الانهيار الداخلي بتردد 50 ميجاهرتز

الإشارات المُجسَّة (انظر SignalTap.stp):

• read_pulse
• basis_in[7:0]
• basis_valid_q
• armed_q
• collapsed_q
• data_o[7:0]
• valid_out (إن وُجد)

🗂️ نصوص اختبار TCL (tcl/)

هذه النصوص الاختيارية مقدمة للمستخدمين الذين يرغبون في أتمتة التفاعلات، أو تشغيل تسلسلات، أو إعادة إنتاج تدفق الاختبار الداخلي.

تشمل الإمكانيات المثال:

• تسلسلات قراءة آلية
• اختبار مسح الأساس
• دورات تأكيد الانهيار
• أخذ عينات مجمّعة في سجلات محلية

لا تعتمد هذه النصوص على أي HDL لواجهة ناقل مضمّنة في هذه القطعة. يمكن للمستخدمين تكييفها مع واجهة المضيف الخاصة بهم، أو مُسلسل GPIO، أو مهام سير عمل System Console.

🖥️ استخدام العتاد

1. افتح Quartus Programmer
2. حمّل إما Atomic1024Bank.sof أو SignalTap.sof
3. ابرمج لوحة DE-SoC باستخدام USB-Blaster
4. (اختياري) افتح SignalTap لملاحظة:
   • كشف القراءة الأولى
   • حدث الانهيار
   • تطور المخرجات بعد الانهيار

لا يلزم وجود تابع Avalon-MM أو غلاف IP خارجي لاستخدام هذه الصور.

📄 الترخيص

انظر ملف LICENSE.md الكامل.
يُطبَّق ترخيص بحثي غير تجاري.

📜 الترخيص (ملخص)

• الاستخدام غير التجاري في البحث والتعليم والتقييم مسموح
• الاستخدام التجاري يتطلب ترخيصًا منفصلًا من QSymbolic LLC
• حقوق براءة الاختراع ممنوحة للاستخدام غير التجاري فقط
• الإسناد مطلوب
• لا ضمان؛ ولا مسؤولية

هذا الملخص لأغراض إعلامية فقط. النص الكامل في LICENSE.md هو المُتحكِّم.

📚 الاقتباس

إذا استخدمت هذه القطعة في عمل أكاديمي، يرجى الاستشهاد بالورقة المرافقة:

استشهد كما يلي:
Francis X. Cunnane III. A CMOS Measurement–Collapse Primitive for Ephemeral Secrets in Post-Quantum Cryptography. TechRxiv. December 02, 2025.
https://doi.org/10.36227/techrxiv.176463742.23048082/v3

مثال BibTeX:

@misc{cunnane2025measurementcollapse,
  author       = {Cunnane III, Francis X.},
  title        = {A CMOS Measurement--Collapse Primitive for Ephemeral Secrets in Post-Quantum Cryptography},
  year         = {2025},
  month        = dec,
  note         = {TechRxiv},
  doi          = {10.36227/techrxiv.176463742.23048082/v1},
  url          = {https://doi.org/10.36227/techrxiv.176463742.23048082/v1}
}