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 1.0 is the first production version of ChaosKey, now available for sale
  15 in single units and packs of 10 and 25 units at
  16 [Garbee and Garbee](http://shop.gag.com/random.html) and
  17 [vikings](https://store.vikings.net/chaoskey).
  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)