Implementazione FPGA di Riferimento (Cyclone V)

Questa directory contiene i moduli RTL di riferimento, le immagini FPGA precompilate e gli script TCL opzionali per i test della primitiva atomica di misura–collasso. Questa primitiva è un meccanismo hardware di misura–collasso compatibile con CMOS che impone una semantica di singola lettura: la prima lettura qualificata restituisce il byte memorizzato e l'atto di misura innesca deterministicamente un evento di collasso irreversibile. Dopo il collasso, la cella produce solo output offuscati o derivati da PRNG, assicurando che il valore originale non possa essere recuperato. L'implementazione dimostra divulgazione deterministica alla prima lettura, controllo di accesso condizionato dalla base, e transizioni di stato atomiche unidirezionali attraverso un banco di celle di memoria indipendenti.

I file .sof forniti consentono la validazione hardware diretta senza moduli di interfaccia bus aggiuntivi.

Stato: Rilascio di artefatto di ricerca
Licenza: Solo uso non commerciale (vedi LICENZA qui sotto)
Brevetti in attesa: US 19/286,600
Hardware target: Intel Cyclone V (5CSEBA6 / DE-SoC)

📦 Contenuti della Directory

🧩 Panoramica RTL

collapse_cell.sv

Implementa la primitiva di memoria a lettura singola (ROOM) con misura–collasso:

• INIT carica il valore e la base
• La prima lettura con base corretta divulga il valore memorizzato e collassa la cella atomicamente
• Tutte le letture successive restituiscono byte offuscati post-collasso

Stato interno chiave:

• basis_valid_q
• armed_q
• collapsed_q

collapse_bank.sv

Implementa l'array completo di 1024 celle. Questo modulo fornisce:

• Istanziamento parallelo di 1024 unità collapse_cell
• Decodifica dell'indirizzo e routing per selezionare una singola cella attiva
• Broadcast uniforme degli input di metadati (byte di base, impulso di lettura, impulso di init)
• Aggregazione dei percorsi di output (data_o, collapsed_q, stato, ecc.)
• Pilotaggio opzionale dell'oscillatore ad anello (RO) per supportare entropia/offuscamento post-collasso basata su oscillazione a livello di banco

Il percorso RO è attivo solo dopo il collasso e contribuisce al flusso di output offuscato post-collasso quando abilitato. Non influisce sulla correttezza della prima lettura né sulla semantica del collasso.

🔧 Immagini FPGA Fornite

Atomic1024Bank.sof

• Build pulita senza strumentazione
• Utilizzata per dimostrazioni semplici e verifica scatola nera

SignalTap.sof

• Stesso RTL con sonde SignalTap abilitate
• Cattura i tempi interni di collasso a 50 MHz

Segnali sondati (vedi SignalTap.stp):

• read_pulse
• basis_in[7:0]
• basis_valid_q
• armed_q
• collapsed_q
• data_o[7:0]
• valid_out (se presente)

🗂️ Script TCL di Test (tcl/)

Questi script opzionali sono forniti per gli utenti che desiderano automatizzare le interazioni, pilotare sequenze o riprodurre il flusso di test interno.

Le capacità di esempio includono:

• Sequenze di lettura automatizzate
• Test di scansione delle basi
• Cicli di conferma del collasso
• Campionamento bulk in log locali

Questi script non dipendono da alcun HDL di interfaccia bus incluso in questo artefatto. Gli utenti possono adattarli per la propria interfaccia host, sequencer GPIO o flussi di lavoro System Console.

🖥️ Utilizzo dell'Hardware

1. Aprire Quartus Programmer
2. Caricare Atomic1024Bank.sof o SignalTap.sof
3. Programmare la DE-SoC utilizzando USB-Blaster
4. (Opzionale) Aprire SignalTap per osservare:
   • Divulgazione alla prima lettura
   • Evento di collasso
   • Evoluzione dell'output post-collasso

Non è richiesto alcun slave Avalon-MM o wrapper IP esterno per utilizzare queste immagini.

📄 Licenza

Vedere il file LICENSE.md completo.
Si applica una licenza di ricerca non commerciale.

📜 Licenza (Riepilogo)

• Ricerca non commerciale, insegnamento e valutazione consentiti
• L'uso commerciale richiede una licenza separata da QSymbolic LLC
• Diritti di brevetto concessi per uso non commerciale solo
• Attribuzione richiesta
• Nessuna garanzia; nessuna responsabilità

Questo riepilogo è solo informativo. Il testo completo in LICENSE.md prevale.

📚 Citazione

Se utilizzi questo artefatto in lavori accademici, cita l'articolo associato:

Cita come:
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

Esempio 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}
}