硬件

這里來簡要看看硬件方面的，擴展一下自己對于安全的認識。

?硬件木馬監(jiān)測

?形式化驗證

?芯片防偽與IC保護

?物理不可克隆函數(shù)

?基于新型器件的硬件安全

?硬件輔助計算機安全

長期以來，硬件一直被視為支持整個計算機系統(tǒng)的可信平臺，是負責(zé)運行從軟件層傳遞指令的抽象層。因此，與硬件相關(guān)的安全性研究通常涉及加密算法的硬件實現(xiàn)，硬件被用于提高加密應(yīng)用程序計算的性能和效率[1]。硬件版權(quán)保護技術(shù)也被歸入與硬件相關(guān)的安全領(lǐng)域。雖然水印技術(shù)已被廣泛用于解決版權(quán)保護問題[2]，但是安全領(lǐng)域的研究者并未考慮硬件本身的保護問題。安全領(lǐng)域的研究者往往認為集成電路供應(yīng)鏈（以下簡稱IC供應(yīng)鏈）本身既封閉又復(fù)雜，攻擊者無法輕易攻擊集成電路。隨著尖端工藝的代工成本和現(xiàn)代片上系統(tǒng)（system-on-a-chip，SoC）平臺設(shè)計復(fù)雜性的不斷提高，曾經(jīng)局限于一個國家甚至一家公司的IC供應(yīng)鏈已經(jīng)遍布全球。在這種形式下，硬件電路設(shè)計中的第三方資源（主要指用于外包芯片制造和SoC開發(fā)的第三方知識產(chǎn)權(quán)，即intellectual property，簡稱IP核，包括軟核和硬核）在現(xiàn)代電路設(shè)計和制造中得到了廣泛的應(yīng)用。

這類資源的利用雖然在很大程度上減少了設(shè)計工作量、降低了制造成本、縮短了產(chǎn)品上市時間（time to marketing，TTM），但是對第三方資源及服務(wù)的高度依賴也引發(fā)了安全問題，打破了“攻擊者無法輕松訪問封閉的IC供應(yīng)鏈”的幻想。例如，惡意代工廠可能會將硬件木馬程序插入所制造的芯片中，交付的IP核可能包含惡意邏輯和設(shè)計缺陷，這些缺陷在IP核集成到SoC平臺后會被攻擊者利用。

硬件安全的概念在硬件木馬出現(xiàn)后被正式引入。學(xué)術(shù)界和工業(yè)界開始采取措施緩解或防止相關(guān)威脅。硬件安全最初指的是硬件木馬的設(shè)計、分類、檢測和隔離。硬件木馬威脅與不受信任的代工廠密切相關(guān)。因此，研究者開發(fā)的硬件木馬檢測方法往往側(cè)重于IC制造過程的流片后階段，強調(diào)增強現(xiàn)有檢測方法的安全性[3-18]。鑒于第三方IP核可能是惡意邏輯插入的另一個攻擊向量，對綜合前設(shè)計的保護也變得同樣重要。據(jù)此，研究者還開發(fā)了流片前電路保護方法[19-24]。

除了硬件木馬檢測，硬件安全的概念還從測試解決方案延伸到形式化驗證方法。形式化驗證方法不僅在保證軟件程序安全時得到廣泛應(yīng)用，還被證明在硬件代碼的安全驗證中頗為有效，因為硬件代碼通常是使用硬件描述語言（hardware description language，HDL）編寫的[25-28]。形式化驗證方法的發(fā)展不僅有助于為硬件設(shè)計提供高水平的安全保證，即便在攻擊者可能有權(quán)訪問原始設(shè)計的情況下也是如此，也有助于克服黃金模型在許多硬件木馬檢測方法中的局限性。然而，在實現(xiàn)形式化驗證方法時，安全屬性的構(gòu)建卻成為硬件安全研究者嘗試解決的一個開放性問題。

近年來，硬件安全研究的演進已經(jīng)從硬件木馬的檢測轉(zhuǎn)移至可信硬件的開發(fā)，即構(gòu)建信任根。雖然硬件設(shè)備的一些固有特性對電路性能有負面影響，但是可以將這些特性用于安全保護。一個典型的例子是物理不可克隆函數(shù)（physical unclonable function，PUF）的開發(fā)，借助電路制作過程中的工藝偏差，以“激勵—響應(yīng)”對的格式生成特定芯片的指紋。除金屬—氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MOSFET）外，研究者正在研究新型的晶體管，如自旋轉(zhuǎn)移矩（spin transfer torque, STT）器件、憶阻器和自旋疇壁器件等，利用器件性能的特殊性來實現(xiàn)新型的硬件安全應(yīng)用。

硬件安全領(lǐng)域的另一個趨勢是開發(fā)增強安全性的硬件基礎(chǔ)設(shè)施來保護設(shè)備。換言之，就是要開發(fā)出能夠?qū)踩浴⒈Ｗo和身份驗證集成到專用工具鏈的新型硬件基礎(chǔ)設(shè)施。研究者正在開發(fā)各種增強安全性的架構(gòu)[29-36]。本章將介紹硬件級別的增強功能。這些功能可提供高級安全性，并能把安全防護擴展到所有體系結(jié)構(gòu)層。硬件安全領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展趨勢是從增強安全性的角度重新評估硬件功能、性能、可靠性、設(shè)計及驗證，開發(fā)出可操作的軟、硬件平臺，確?，F(xiàn)代計算機系統(tǒng)的安全設(shè)計、制造和部署。本書將特別關(guān)注支持安全引導(dǎo)和訪問控制的安全處理器及SoC設(shè)計，防范硬件和固件級別的攻擊。

此外，在IC供應(yīng)鏈全球化的背景下，硬件IP的保護也引起了關(guān)注。在各種硬件IP保護方案中，邏輯鎖定（又稱功能混淆）已成為一個熱門領(lǐng)域，研究者正在開發(fā)各種混淆技術(shù)[37,38]。這里簡單介紹了硬件安全技術(shù)。

審核編輯：湯梓紅