Implémentation FPGA de Référence (Cyclone V)

Ce répertoire contient les modules RTL de référence, les images FPGA précompilées et des scripts de test TCL optionnels pour la primitive atomique mesure–effondrement. Cette primitive est un mécanisme matériel de mesure–effondrement compatible CMOS qui impose une sémantique de lecture unique : la première lecture qualifiée retourne l'octet stocké, et l'acte de mesure déclenche de manière déterministe un événement d'effondrement irréversible. Après l'effondrement, la cellule ne produit que des sorties obscurcies ou dérivées d'un PRNG, garantissant que la valeur d'origine ne peut pas être récupérée. L'implémentation démontre la divulgation déterministe à la première lecture, le contrôle d'accès conditionné par la base et les transitions d'état atomiques unidirectionnelles sur un banc de cellules mémoire indépendantes.

Les fichiers .sof fournis permettent une validation matérielle directe sans aucun module d'interface bus supplémentaire.

Statut : Publication d'artefact de recherche
Licence : Utilisation non commerciale uniquement (voir LICENSE ci-dessous)
Brevet en instance : US 19/286,600
Matériel cible : Intel Cyclone V (5CSEBA6 / DE-SoC)

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📦 Contenu du Répertoire

Fichier / Dossier	Description
fpga/collapse_cell.sv	Cellule primitive à lecture unique utilisée dans l'article
fpga/collapse_bank.sv	Banc de 1024 cellules avec bus d'entropie/obscurcissement partagé
fpga/Atomic1024Bank.sof	Bitstream propre de 1024 cellules (sans SignalTap – chemin de flash le plus rapide)
fpga/SignalTap.sof	Build instrumentée avec démo automatique sans intervention
fpga/SignalTap.stp	Fichier SignalTap préconfiguré – ouvrir → Exécuter → observer le timing d'effondrement
fpga/program_clean.bat	Flash en un clic Windows (version propre)
fpga/program_clean.sh	Flash en un clic Linux (version propre)
fpga/program_signaltap.bat	Flash en un clic Windows (démo SignalTap)
fpga/program_signaltap.sh	Flash en un clic Linux (démo SignalTap)
tcl/	Scripts TCL optionnels pour System Console pour tests automatisés
images/	Forme d'onde de divulgation + destruction en un cycle provenant de l'article associé
ROADMAP.md	Feuille de route du projet et étapes de développement ASIC/FPGA prévues
LICENSE.md	Licence non commerciale
README.md	Ce fichier

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🧩 Aperçu RTL

collapse_cell.sv

Implémente la primitive mémoire à lecture unique (ROOM) de mesure–effondrement :

• INIT charge la valeur et la base
• La première lecture avec la base correcte divulgue la valeur stockée et effondre la cellule de manière atomique
• Toutes les lectures suivantes retournent des octets obscurcis post-effondrement

État interne clé :

• basis_valid_q
• armed_q
• collapsed_q

collapse_bank.sv

Implémente le tableau complet de 1024 cellules. Ce module fournit :

• Instanciation parallèle de 1024 unités collapse_cell
• Décodage d'adresse et routage pour sélectionner une cellule active unique
• Diffusion uniforme des entrées de métadonnées (octet de base, impulsion de lecture, impulsion d'initialisation)
• Agrégation des chemins de sortie (data_o, collapsed_q, statut, etc.)
• Pilotage optionnel d'oscillateur en anneau (RO) pour supporter l'entropie/obscurcissement basé sur l'oscillation post-effondrement au niveau du banc

Le chemin RO n'est actif qu'après l'effondrement et contribue au flux de sortie obscurci post-effondrement lorsqu'il est activé. Il n'affecte pas la correction de la première lecture ni la sémantique d'effondrement.

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🔧 Images FPGA Fournies

Atomic1024Bank.sof

• Build propre sans instrumentation.
• Utilisé pour des démonstrations simples et une vérification en boîte noire

SignalTap.sof

• Même RTL avec les sondes SignalTap activées.
• Capture le timing d'effondrement interne à 50 MHz

Signaux sondés (voir SignalTap.stp) :

• read_pulse
• basis_in[7:0]
• basis_valid_q
• armed_q
• collapsed_q
• data_o[7:0]
• valid_out (si présent)

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🗂️ Scripts de Test TCL (tcl/)

Ces scripts optionnels sont fournis pour les utilisateurs qui souhaitent automatiser les interactions, piloter des séquences ou reproduire le flux de test interne.

Les capacités incluent par exemple :

• Séquences de lecture automatisées
• Test de balayage de base
• Cycles de confirmation d'effondrement
• Échantillonnage en masse dans des journaux locaux

Ces scripts ne dépendent pas d'un HDL d'interface bus inclus dans cet artefact. Les utilisateurs peuvent les adapter pour leur propre interface hôte, séquenceur GPIO ou workflows System Console.

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🖥️ Utilisation Matérielle

1. Ouvrez le Programmateur Quartus
2. Chargez soit Atomic1024Bank.sof soit SignalTap.sof
3. Programmez la DE-SoC en utilisant USB-Blaster
4. (Optionnel) Ouvrez SignalTap pour observer :
   • Divulgation à la première lecture
   • Événement d'effondrement
   • Évolution de la sortie post-effondrement

Aucun esclave Avalon-MM ou wrapper IP externe n'est requis pour utiliser ces images.

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📄 Licence

Voir le fichier complet LICENSE.md.
Une licence de recherche non commerciale s'applique.

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📜 Licence (Résumé)

• Recherche, enseignement et évaluation non commerciaux autorisés
• L'utilisation commerciale nécessite une licence séparée de QSymbolic LLC
• Droits de brevet accordés pour une utilisation non commerciale uniquement
• Attribution requise
• Aucune garantie ; aucune responsabilité

Ce résumé est fourni à titre informatif uniquement. Le texte complet dans LICENSE.md fait foi.

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📚 Citation

Si vous utilisez cet artefact dans un travail académique, veuillez citer l'article associé :

Citer comme :
Francis X. Cunnane III. Une primitive CMOS de mesure–effondrement pour les secrets éphémères en cryptographie post-quantique. TechRxiv. 2 décembre 2025.
https://doi.org/10.36227/techrxiv.176463742.23048082/v3

Exemple 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}
}