Time Series Analysis of Stochastic Noise in the DECAL Sensor for the Generation of Truly Random Numbers

Aslanis, Dimos; Ασλάνης, Δήμος

dc.contributor.author	Aslanis, Dimos
dc.contributor.author	Ασλάνης, Δήμος
dc.date.accessioned	2024-11-04T08:25:49Z
dc.date.available	2024-11-04T08:25:49Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/60356
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.28052
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/gr/	*
dc.subject	χρονοσειρές	el
dc.subject	στατιστική	el
dc.subject	φυσική	el
dc.subject	τυχαίοι αριθμοί	el
dc.subject	γεννήτρια τυχαίων αριθμών	el
dc.subject	time series	en
dc.subject	statistics	el
dc.subject	physics	el
dc.subject	random numbers	el
dc.subject	random number generator	el
dc.title	Time Series Analysis of Stochastic Noise in the DECAL Sensor for the Generation of Truly Random Numbers	en
dc.title	Ανάλυση Χρονοσειρών του Στοχαστικού Θορύβου στον Αισθητήρα DECAL για τη Δημιουργία Πραγματικά Τυχαίων Αριθμών	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Physics	en
heal.classification	Φυσική	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-07-09
heal.abstract	Η παρούσα εργασία διερευνά τα στοχαστικά χαρακτηριστικά του θορύβου του ψηφιακού ηλεκτρομαγνητικού αισθητήρα DECAL τεχνολογίας DMAPS και την εφαρμογή του ως γεννήτρια πραγματικά τυχαίων αριθμών (ΓΠΤΑ) μέσω ανάλυσης χρονοσειρών. Στόχος της μελέτης είναι (1) η συνολική ανάλυση των ιδιοτήτων θορύβου του αισθητήρα DECAL, (2) η δημιουργία μιας μεθοδολογίας για τη δημιουργία τυχαίων αριθμών από αναλογικούς θορύβους με τη χρήση ανάλυσης χρονοσειρών και (3) η αξιολόγηση του ενδεχομένου χρήσης του αισθητήρα DECAL ως ΓΠΤΑ. Ο θόρυβος του αισθητήρα αναλύεται με τη χρήση στατιστικών τεχνικών και τεχνικών χρονοσειρών και προσαρμόζεται σε ένα μοντέλο ARIMA (Autoregressive Integrated Moving Average). Μέσω αυτού του μοντέλου, ο θόρυβος του αισθητήρα μετατρέπεται σε Γκαουσιανό λευκό θόρυβο, ο οποίος στη συνέχεια χρησιμοποιείται για τη δημιουργία τυχαίων bits. Οι παραγόμενοι τυχαίοι αριθμοί και bits αξιολογούνται με τη χρήση στατιστικών δοκιμών, μιας δοκιμής διάχυσης και της ομάδας ελέγχου τυχαιότητας αριθμών του Εθνικού Ινστιτούτου Προτύπων και Τεχνολογίας των ΗΠΑ. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η μέθοδος αυτή μπορεί να εφαρμοστεί στον αισθητήρα DECAL για την παραγωγή τυχαίων αριθμών με υψηλό βαθμό τυχαιότητας. Ωστόσο, ο χαμηλός ρυθμός παραγωγής τυχαίων bits αποτελεί περιορισμό, επηρεάζοντας τόσο τις δοκιμές όσο και την εφαρμογή του ως ΓΠΤΑ. Συζητούνται πιθανές λύσεις για το ζήτημα αυτό. Η μελέτη καταλήγει στο συμπέρασμα ότι η ανάλυση χρονοσειρών είναι μια έγκυρη μέθοδος για την παραγωγή τυχαίων αριθμών από τον αισθητήρα DECAL και ότι, με περαιτέρω βελτιώσεις, ο αισθητήρας μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ΓΠΤΑ.	el
heal.abstract	This thesis explores the stochastic characteristics of noise in the Depleted Monolithic Active Pixel Sensor (DMAPS) Digital Electromagnetic Calorimeter (DECAL) sensor and its application as a True Random Number Generator (TRNG) through time series analysis. The study aims to (1) comprehensively analyze the noise properties of the DECAL sensor, (2) establish a methodology for generating random numbers from noisy signals using time series analysis, and (3) evaluate the feasibility of using the DECAL sensor as a TRNG. The sensor’s output, recorded without any external stimulus, is analyzed using statistical and time series techniques and fitted into an Autoregressive Integrated Moving Average (ARIMA) model. Through this model, the sensor’s noise is transformed into Gaussian white noise, which is then used to generate random bits. The generated random numbers and bits are evaluated using existing statistical tests, a novel diffusion test, and the USA National Institute of Standards and Technology (NIST) test suite. The results demonstrate that this method can be effectively applied to the DECAL sensor to produce random numbers with a high degree of randomness. However, the low rate of random bit generation presents a limitation, affecting both its testing and application as a TRNG. Possible solutions to this issue are discussed. The study concludes that time series analysis is a viable method for generating random numbers from the DECAL sensor and that, with further improvements, the sensor can serve as a TRNG.	en
heal.advisorName	Κεχαγιάς, Αλέξανδρος
heal.advisorName	Kehagias, Alexandros
heal.committeeMemberName	Κεχαγιάς, Αλέξανδρος
heal.committeeMemberName	Κοψάλης, Ιωάννης
heal.committeeMemberName	Θεοδώνης, Ιωάννης
heal.committeeMemberName	Kehagias, Alexandros
heal.committeeMemberName	Kopsalis, Ioannis
heal.committeeMemberName	Theodonis, Ioannis
heal.academicPublisher	Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	47
heal.fullTextAvailability	false