git.gag.com Git - web/altusmetrum/blob - ChaosKey/index.mdwn

   1 [[!meta title="ChaosKey"]]
   2 # ChaosKey
   3
   4 This is a hardware True Random Number Generator that attaches via USB.
   5
   6 The Linux Kernel, starting with version 4.1, includes source for this
   7 driver. It should be built by default in your distribution. If your
   8 using Linux + KVM to host other Linux instances, read the
   9 [VirtualMachine](VirtualMachine.html) page to see how you can configure the guests to share
  10 the host entropy source.
  11
  12 ## Version 1.0 ##
  13
  14 ChaosKey is now out of production.  They work great, but it took several years
  15 to sell our first production run, and shipping them from the US to other
  16 countries one at a time ended up dominating the net cost to most users.  We might
  17 make more some day, but no promises!
  18
  19 <a href="v1.0/chaoskey-bare.jpg"><img src="v1.0/chaoskey-bare-thumb.jpg"></a>
  20
  21 <a href="v1.0/chaoskey-boxed.jpg"><img src="v1.0/chaoskey-boxed-thumb.jpg"></a>
  22
  23 ### Reflashing Firmware ###
  24
  25 To reflash the system firmware on ChaosKey, you first need to get the
  26 device into 'bootloader mode'. To do this, you must power-up ChaosKey
  27 with a jumper between GND and the Boot Loader Select pin.
  28
  29 Open up ChaosKey by prying the case apart. There's no glue or screws,
  30 so a thin tool or fingernail should suffice to split the case into two
  31 pieces. Once you've opened it up, you'll find the inside that looks
  32 much like this:
  33
  34 <img src="chaoskey-connector.svg">
  35
  36 Connect a wire between the two red holes in the debug connector and
  37 then plug it in to your computer. It will appear as a USB modem device
  38 called AltosFlash with USB ID fffe:000a.
  39
  40 Use the 'ao-usbload' program, which is part of the
  41 [AltOS repository](https://altusmetrum.org/AltOS/)
  42 and is packaged for Debian in the 'altos' package:
  43
  44     $ ao-usbload chaoskey-v1.0-*.elf
  45
  46 ### Version 1.0 Hardware ###
  47
  48  * [STM32F042](http://www.st.com/web/catalog/mmc/FM141/SC1169/SS1574/LN1823?icmp=stm32f0x2-line_pron_pr_jan2014&sc=stm32f0x2-pr) System-on-Chip
  49     * ARM Cortex-M0 MCU
  50     * 32k Flash
  51     * 6k RAM
  52     * USB 2.0 Full Speed
  53     * Crystal-less operation
  54  * 20V noise source
  55     * AP3015A boost regulator
  56     * back-to-back 3904 transistor noise
  57  * [OPA356](http://www.ti.com/product/opa356) op amp
  58     * 200MHz GBP
  59
  60 Here's a circuit diagram of the noise source:
  61
  62 <img src="v1.0/noise-source.svg">
  63
  64 ### Version 1.0 Bits ###
  65
  66 Source code for the firmware, flash loader and a utility to pull raw
  67 bits from the noise source are available here:
  68
  69 [AltOS Git Repository](http://git.gag.com/?p=fw/altos;a=summary)
  70
  71 [ChaosKey Firmware version 1.6.7](v1.0/chaoskey-v1.0-1.6.7.elf)
  72
  73 [ChaosKey Boot Loader version 1.6.7](v1.0/chaoskey-v1.0-altos-flash-1.6.7.elf)
  74
  75 Hardware designs using [gEDA](http://www.geda-project.org/) are
  76 available here:
  77
  78 [ChaosKey Hardware Design Files](http://git.gag.com/?p=hw/chaoskey;a=summary)
  79
  80
  81 ## Version 0.3 ##
  82
  83 This one uses the better noise source coupled with an op amp that
  84 provides 2MHz of bandwidth at a gain of 100, offering linear frequency
  85 response at a million samples per second.
  86
  87 A photo of prototype version 0.3:
  88
  89 <a href="v0.3/chaoskey-v0.3.jpg"> <img src="v0.3/chaoskey-v0.3-thumb.jpg"></a>
  90
  91 Here's a circuit diagram of the noise source:
  92
  93 <img src="v0.3/noise-source.svg">
  94
  95 Version 0.3 uses the same hardware design as version 1.0, except that
  96 it uses a QFP package version of the processor instead of the QFN used
  97 in 1.0, and hence needs a larger circuit board.
  98
  99 ## Version 0.2 ##
 100
 101 This version uses a better noise source, but the single transistor amp
 102 designed to get from the 20mV noise source to a digital value doesn't
 103 provide enough bandwidth, so the resulting signal seen by the CPU has
 104 poor frequency response.
 105
 106 Here's a photo of prototype version 0.2:
 107
 108 <a href="v0.2/chaoskey-v0.2.jpg"> <img src="v0.2/chaoskey-v0.2-thumb.jpg"></a>
 109
 110 ### Version 0.2 Hardware ###
 111
 112  * [STM32F042](http://www.st.com/web/catalog/mmc/FM141/SC1169/SS1574/LN1823?icmp=stm32f0x2-line_pron_pr_jan2014&sc=stm32f0x2-pr) System-on-Chip
 113     * ARM Cortex-M0 MCU
 114     * 32k Flash
 115     * 6k RAM
 116     * USB 2.0
 117     * Crystal-less operation
 118  * 20V noise source
 119     * AP3015A boost regulator
 120     * back-to-back 3904 transistor noise
 121
 122 ## Version 0.1 ##
 123
 124 These are photos of prototype version 0.1:
 125
 126 <a href="v0.1/chaoskey-v0.1-top.jpg"> <img src="v0.1/chaoskey-v0.1-top-thumb.jpg"></a>
 127 <a href="v0.1/chaoskey-v0.1-bottom.jpg"> <img src="v0.1/chaoskey-v0.1-bottom-thumb.jpg"></a>
 128
 129 ### Version 0.1 Hardware ###
 130
 131  * [NXP LPC11U14](http://www.nxp.com/products/microcontrollers/cortex_m0_m0/LPC11U14FHI33.html) System-on-Chip
 132         * ARM Cortex-M0 MCU
 133         * 32k Flash
 134         * 6k RAM
 135         * USB 2.0
 136         * 8 12-bit analog inputs
 137         * I2C, SPI, async serial
 138         * digital I/O
 139  * ZXRE1004 zener diode noise source
 140  * MCP6L92 dual op-amp
 141
 142 ## Software ##
 143
 144 * Firmware Features
 145         * [AltOS](../AltOS/) is written mostly in C with some ARM assembler
 146 * Tools Used
 147         * [gEDA](http://www.gpleda.org/) for schematic capture and PCB layout
 148         * [GCC](http://gcc.gnu.org/) compiler and source debugger
 149 * Licenses
 150         * The hardware is licensed under the [TAPR](http://www.tapr.org) [Open Hardware License](http://www.tapr.org/ohl.html)
 151         * The software is licensed [GPL version 2](http://www.gnu.org/licenses/old-licenses/gpl-2.0.html)