在我們?cè)絹碓揭蕾嚁?shù)字技術(shù)的時(shí)代，片上系統(tǒng)（SoC）設(shè)備的信息安全已成為一個(gè)重大關(guān)注點(diǎn)，尤其是在消費(fèi)類和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）應(yīng)用中。SoC將數(shù)字系統(tǒng)的所有核心組件集成到一個(gè)芯片中，為眾多消費(fèi)類和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供了一個(gè)經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。消費(fèi)類和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用幾乎應(yīng)用于現(xiàn)代生活的方方面面，從智能家居設(shè)備和可穿戴設(shè)備到工業(yè)自動(dòng)化和醫(yī)療保健系統(tǒng)。盡管這些創(chuàng)新帶來了便利、高效和互聯(lián)互通的優(yōu)點(diǎn)，但也讓用戶面臨前所未有的風(fēng)險(xiǎn)。這些設(shè)備的互聯(lián)特性使其容易受到網(wǎng)絡(luò)威脅，包括數(shù)據(jù)泄露、身份盜竊、未經(jīng)授權(quán)的訪問和設(shè)備操縱等。保護(hù)SoC設(shè)備的信息安全對(duì)于保護(hù)敏感數(shù)據(jù)（如個(gè)人信息或付費(fèi)內(nèi)容）以及維護(hù)連接系統(tǒng)的完整性至關(guān)重要。SoC信息安全漏洞可能會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的后果，不僅危及單個(gè)用戶，甚至整個(gè)網(wǎng)絡(luò)和基礎(chǔ)設(shè)施也會(huì)遭受牽連。此外，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的普及放大了潛在的攻擊面，每個(gè)互連設(shè)備都可能成為惡意行為者的潛在入口。鑒于SoC設(shè)備在消費(fèi)類和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的關(guān)鍵作用，應(yīng)對(duì)信息安全問題需要采取多方位的方法。這包括在設(shè)計(jì)和開發(fā)過程中集成強(qiáng)大的信息安全機(jī)制，實(shí)施嚴(yán)格的訪問控制和加密協(xié)議，并鼓勵(lì)利益相關(guān)方之間的協(xié)作，共同建立行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和最佳實(shí)踐。

SoC設(shè)計(jì)者采用各種信息安全機(jī)制來確保系統(tǒng)的完整性、保密性和可用性；這些機(jī)制會(huì)在硬件、固件和軟件等多個(gè)層面實(shí)現(xiàn)。以下是SoC設(shè)計(jì)中常用的一些關(guān)鍵信息安全機(jī)制：

信認(rèn)根

信任根（RoT）是建立和維護(hù)設(shè)備完整性的基礎(chǔ)組件。它是設(shè)備信息安全機(jī)制和操作啟動(dòng)和驗(yàn)證的可靠起點(diǎn)。

通常作為一個(gè)物理隔離的實(shí)體，信認(rèn)根通常包括硬件、固件和軟件組件，專門用來執(zhí)行關(guān)鍵的信息安全功能，如加密操作、信息安全啟動(dòng)和證明。它構(gòu)成了構(gòu)建更高層次信息安全特性及協(xié)議的基礎(chǔ)，確保這些特性能夠信息安全執(zhí)行并免受篡改或未經(jīng)授權(quán)訪問的侵害。

通過建立可信基礎(chǔ)并在底層實(shí)施信息安全措施，信任根在SoC設(shè)備的整體信息安全性中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

信息安全啟動(dòng)

片上系統(tǒng)（SoC）中的信息安全啟動(dòng)過程是一項(xiàng)基本信息安全機(jī)制，旨在確保設(shè)備在啟動(dòng)前驗(yàn)證啟動(dòng)鏈中每個(gè)組件的完整性和真實(shí)性，從而實(shí)現(xiàn)信息安全啟動(dòng)。信息安全啟動(dòng)對(duì)于防范試圖在啟動(dòng)過程中篡改設(shè)備固件或操作系統(tǒng)的各種威脅至關(guān)重要。

從不可改變的信息安全狀態(tài)（如Boot Rom）開始，直到加載信息安全執(zhí)行環(huán)境和用戶應(yīng)用程序結(jié)束，信息安全啟動(dòng)過程建立起信任鏈，逐一對(duì)啟動(dòng)過程的各個(gè)后續(xù)階段進(jìn)行完整性和真實(shí)性的驗(yàn)證。

可信執(zhí)行環(huán)境

可信執(zhí)行環(huán)境（TEE）是一個(gè)邏輯隔離的信息安全執(zhí)行環(huán)境，在這個(gè)環(huán)境中可以對(duì)敏感操作進(jìn)行處理，并對(duì)其完整性和保密性給予高度保證，例如生物識(shí)別、支付客戶端、DRM客戶端和用戶身份管理。TEE通常通過結(jié)合硬件和軟件信息安全機(jī)制來實(shí)現(xiàn)，創(chuàng)建一個(gè)邏輯保護(hù)的隔離區(qū)域，而不必依賴物理隔離的硬件。這些元素與其它功能（如真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器（TRNG）、加密加速器和信息安全調(diào)試）結(jié)合在一起構(gòu)成了SoC信息安全系統(tǒng)的基石。下面展示了一個(gè)示例性的信息安全系統(tǒng)初始化過程。

通過整合這些基于硬件和軟件的信息安全機(jī)制，SoC設(shè)計(jì)者旨在創(chuàng)建一個(gè)全面的信息安全架構(gòu)，以保護(hù)設(shè)備免受各種潛在威脅和漏洞的侵害。

RISC-V架構(gòu)

RISC-V特權(quán)架構(gòu)定義了特定的執(zhí)行模式，這些模式能夠隔離操作系統(tǒng)（OS）與用戶應(yīng)用程序。配合監(jiān)督域隔離機(jī)制，它能為特定軟件域隔離內(nèi)存區(qū)域和執(zhí)行上下文，從而為信息安全執(zhí)行提供基本原則。特權(quán)架構(gòu)定義了不同的權(quán)限級(jí)別，如監(jiān)管模式（S模式）、用戶模式（U模式）和機(jī)器模式（M模式）。M模式包括陷阱和事件處理等功能，這些功能對(duì)于實(shí)現(xiàn)信息安全啟動(dòng)過程以及處理與信息安全相關(guān)的事件至關(guān)重要。監(jiān)督域隔離確保了邏輯上隔離的軟件域之間的執(zhí)行狀態(tài)和內(nèi)存訪問得以分離，使得RichOS環(huán)境與托管可信應(yīng)用的可信執(zhí)行環(huán)境（TEE）并行運(yùn)行。這一特性由一系列擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)的，如中斷管理（AIA）、細(xì)粒度外部和自托管調(diào)試功能，以及訪問控制機(jī)制（PMP/PMA、Smsdid、Smsdia）。

此外，還包括了加密擴(kuò)展，其中包括用于加速加密操作(如加密和哈希)的指令，這對(duì)保護(hù)數(shù)據(jù)和通信至關(guān)重要。這些擴(kuò)展包括加速算法的指令，如AES（高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)）和SHA（信息安全哈希算法），以及至關(guān)重要的一組常量時(shí)間指令集，用以抵御依賴數(shù)據(jù)時(shí)序的攻擊。

確保完整性

Imagination公司的Catapult系列CPU系列建立在已批準(zhǔn)的RISC-V配置文件以及上述擴(kuò)展的基礎(chǔ)上，創(chuàng)建了一種端到端的信息安全方法論，該方法論補(bǔ)充而非偏離現(xiàn)有的行業(yè)規(guī)范。作為RISC-V軟件生態(tài)系統(tǒng)（RISE）的一部分工作，Imagination正在開發(fā)基礎(chǔ)開源軟件，以支撐RISC-V信息安全系統(tǒng)。