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