安(ān)全(quán)性(xìng)是(shì)醫療、工業、汽車和(hé)通(tòng)信(xìn)領域的(de)一(yī)个(gè)重(zhòng)大問(wèn)題(tí)。许多(duō)行業都在(zài)采用(yòng)基于(yú)互聯智能(néng)機(jī)器和(hé)系(xì)統的(de)智能(néng)聯网(wǎng)機(jī)器及(jí)工藝，從而(ér)优化(huà)工藝和(hé)流程。
这(zhè)些系(xì)統容易受到(dào)惡意(yì)攻擊、未知软(ruǎn)件(jiàn)錯誤的(de)影響，而(ér)遠(yuǎn)程控制甚至(zhì)可(kě)能(néng)導致(zhì)物(wù)理安(ān)全(quán)問(wèn)題(tí)，因(yīn)此(cǐ)必須防止未經(jīng)授權的(de)訪問(wèn)或(huò)非(fēi)法控制。
工業發(fà)展(zhǎn)的(de)最(zuì)新篇(piān)章(zhāng)，也(yě)就(jiù)是(shì)常说(shuō)的(de)第(dì)四(sì)次(cì)工業革(gé)命（又稱工業4.0），開(kāi)創了(le)創新和(hé)發(fà)展(zhǎn)的(de)新紀元(yuán)，但本(běn)身(shēn)也(yě)存在(zài)一(yī)系(xì)列危险和(hé)挑戰。
工業4.0定(dìng)義了(le)系(xì)統、网(wǎng)絡、機(jī)器和(hé)人(rén)類(lèi)之間(jiān)的(de)通(tòng)信(xìn)和(hé)互聯互通(tòng)，其中(zhōng)包(bāo)含物(wù)聯网(wǎng)（IoT），这(zhè)将複雜性(xìng)推向(xiàng)了(le)新的(de)高(gāo)度(dù)。
虽然互聯互通(tòng)具有(yǒu)提(tí)高(gāo)效率、实时(shí)識别和(hé)糾正(zhèng)缺陷、預测性(xìng)維護以(yǐ)及(jí)改進(jìn)各(gè)種(zhǒng)功能(néng)之間(jiān)的(de)協作等优勢，但这(zhè)些优勢也(yě)会(huì)顯著增加智能(néng)工廠(chǎng)或(huò)自(zì)動(dòng)化(huà)生(shēng)産基地(dì)的(de)安(ān)全(quán)漏洞(dòng)。
“网(wǎng)絡”安(ān)全(quán)不(bù)再局(jú)限于(yú)特(tè)定(dìng)的(de)操作或(huò)系(xì)統，還(huán)会(huì)傳播到(dào)工廠(chǎng)車間(jiān)或(huò)工業网(wǎng)絡上(shàng)的(de)每一(yī)台(tái)設備。
智能(néng)工廠(chǎng)里(lǐ)的(de)控制系(xì)統（包(bāo)括PLC、傳感(gǎn)器、嵌入(rù)式系(xì)統和(hé)工業IoT設備）受到(dào)的(de)安(ān)全(quán)威脅在(zài)全(quán)球範圍內(nèi)呈上(shàng)升(shēng)趨勢。
基于(yú)雲(yún)執行的(de)遠(yuǎn)程管(guǎn)理也(yě)带(dài)来(lái)了(le)篡改、注入(rù)惡意(yì)內(nèi)容等物(wù)理攻擊的(de)风险。
本(běn)文(wén)概述了(le)FPGA如(rú)何推進(jìn)縱深防禦方(fāng)法的(de)發(fà)展(zhǎn)以(yǐ)開(kāi)發(fà)安(ān)全(quán)應(yìng)用(yòng)程序，这(zhè)是(shì)在(zài)第(dì)四(sì)次(cì)工業革(gé)命的(de)推動(dòng)下(xià)，滿足IoT和(hé)邊(biān)緣計(jì)算迅速增长的(de)需求的(de)必經(jīng)之路(lù)。
本(běn)文(wén)介紹了(le)安(ān)全(quán)功能(néng)在(zài)硬(yìng)件(jiàn)、設計(jì)和(hé)數據(jù)中(zhōng)的(de)作用(yòng)，以(yǐ)及(jí)如(rú)何在(zài)安(ān)全(quán)性(xìng)的(de)三(sān)个(gè)要(yào)素（機(jī)密性(xìng)、完整性(xìng)和(hé)真(zhēn)实性(xìng)）基礎上(shàng)構建應(yìng)用(yòng)程序。
一(yī)个(gè)可(kě)靠的(de)安(ān)全(quán)系(xì)統必須具備以(yǐ)下(xià)三(sān)个(gè)核心(xīn)元(yuán)素：
可(kě)信(xìn)：保證數據(jù)源可(kě)靠、獲得授權且經(jīng)过(guò)身(shēn)份验(yàn)證
防篡改：确認設備沒(méi)有(yǒu)受到(dào)任何干(gàn)擾
信(xìn)息保障：以(yǐ)安(ān)全(quán)的(de)方(fāng)式使用(yòng)、处理和(hé)傳輸系(xì)統中(zhōng)的(de)數據(jù)
通(tòng)过(guò)FPGA实現(xiàn)基于(yú)硬(yìng)件(jiàn)的(de)安(ān)全(quán)功能(néng)
基于(yú)软(ruǎn)件(jiàn)的(de)單一(yī)安(ān)全(quán)方(fāng)法在(zài)生(shēng)命周期(qī)、可(kě)編程性(xìng)、功耗效率、外(wài)形等方(fāng)面(miàn)存在(zài)不(bù)足，
在(zài)當前(qián)的(de)工業4.0环(huán)境下(xià)，不(bù)足以(yǐ)达(dá)到(dào)滿足需求的(de)安(ān)全(quán)等級，因(yīn)此(cǐ)必須采用(yòng)縱深防禦安(ān)全(quán)機(jī)制，通(tòng)过(guò)安(ān)全(quán)层加強(qiáng)硬(yìng)件(jiàn)的(de)防禦能(néng)力。
如(rú)今，大多(duō)數安(ān)全(quán)框架都采用(yòng)软(ruǎn)件(jiàn)实現(xiàn)，其中(zhōng)包(bāo)含編譯为(wèi)在(zài)通(tòng)用(yòng)控制器或(huò)处理器上(shàng)運行的(de)加密庫。
这(zhè)些软(ruǎn)件(jiàn)实現(xiàn)暴露(lù)了(le)更(gèng)大的(de)易受攻擊範圍以(yǐ)及(jí)许多(duō)潛在(zài)攻擊點(diǎn)，例如(rú)操作系(xì)統、驅動(dòng)程序、软(ruǎn)件(jiàn)協議棧、存儲器和(hé)软(ruǎn)鍵。
此(cǐ)外(wài)，软(ruǎn)件(jiàn)实現(xiàn)可(kě)能(néng)未針(zhēn)对(duì)性(xìng)能(néng)和(hé)功率進(jìn)行优化(huà)，因(yīn)此(cǐ)会(huì)带(dài)来(lái)設計(jì)挑戰。
在(zài)工業系(xì)統的(de)整个(gè)生(shēng)命周期(qī)中(zhōng)，这(zhè)些系(xì)統需要(yào)长期(qī)維護，同(tóng)时(shí)協議棧、庫等方(fāng)面(miàn)也(yě)需要(yào)經(jīng)常更(gèng)新，这(zhè)些工作十(shí)分(fēn)繁瑣且成(chéng)本(běn)高(gāo)昂。
原則上(shàng)，底层硬(yìng)件(jiàn)必須在(zài)其結構中(zhōng)集成(chéng)安(ān)全(quán)功能(néng)，以(yǐ)防止静(jìng)态和(hé)動(dòng)态逆向(xiàng)工程、篡改和(hé)僞造攻擊。
因(yīn)此(cǐ)，基于(yú)可(kě)編程硬(yìng)件(jiàn)的(de)安(ān)全(quán)功能(néng)已成(chéng)为(wèi)一(yī)種(zhǒng)全(quán)面(miàn)、稳健的(de)解(jiě)決方(fāng)案(àn)，适用(yòng)于(yú)节(jié)能(néng)工業IoT和(hé)邊(biān)緣應(yìng)用(yòng)，尤其是(shì)采用(yòng)FPGA的(de)解(jiě)決方(fāng)案(àn)。
除了(le)提(tí)高(gāo)系(xì)統的(de)安(ān)全(quán)性(xìng)能(néng)外(wài)，FPGA還(huán)可(kě)提(tí)高(gāo)應(yìng)用(yòng)程序的(de)安(ān)全(quán)等級。
FPGA必須将關(guān)鍵安(ān)全(quán)組件(jiàn)集成(chéng)到(dào)硬(yìng)件(jiàn)、設計(jì)和(hé)數據(jù)中(zhōng)，以(yǐ)提(tí)供真(zhēn)正(zhèng)稳健的(de)解(jiě)決方(fāng)案(àn)，以(yǐ)下(xià)幾(jǐ)部(bù)分(fēn)将对(duì)此(cǐ)加以(yǐ)讨論。
保證FPGA硬(yìng)件(jiàn)的(de)安(ān)全(quán)
在(zài)制造地(dì)點(diǎn)或(huò)通(tòng)过(guò)供應(yìng)鍊(liàn)運輸的(de)过(guò)程中(zhōng)，硬(yìng)件(jiàn)可(kě)能(néng)会(huì)在(zài)部(bù)署(shǔ)前(qián)或(huò)預編程时(shí)受到(dào)攻擊。
安(ān)全(quán)的(de)生(shēng)産系(xì)統支持(chí)在(zài)不(bù)太可(kě)信(xìn)的(de)制造环(huán)境中(zhōng)加密和(hé)配置FPGA，控制編程器件(jiàn)的(de)數量(liàng)，并以(yǐ)加密控制的(de)方(fāng)式審計(jì)制造过(guò)程；其結構必須可(kě)以(yǐ)避免複制品、惡意(yì)編程的(de)FPGA和(hé)未經(jīng)验(yàn)證的(de)器件(jiàn)。
保證FPGA設計(jì)的(de)安(ān)全(quán)
設計(jì)安(ān)全(quán)性(xìng)離不(bù)開(kāi)安(ān)全(quán)的(de)硬(yìng)件(jiàn)平台(tái)，这(zhè)類(lèi)平台(tái)既可(kě)为(wèi)設計(jì)提(tí)供機(jī)密性(xìng)和(hé)身(shēn)份验(yàn)證，又能(néng)監視环(huán)境中(zhōng)的(de)物(wù)理攻擊。
邊(biān)信(xìn)道(dào)攻擊（SCA）会(huì)破壞燒写到(dào)器件(jiàn)中(zhōng)的(de)比特(tè)流，因(yīn)此(cǐ)可(kě)能(néng)会(huì)对(duì)集成(chéng)了(le)加密機(jī)制的(de)FPGA造成(chéng)嚴重(zhòng)威脅。
SCA試图(tú)通(tòng)过(guò)测量(liàng)或(huò)分(fēn)析各(gè)種(zhǒng)物(wù)理參數（如(rú)電(diàn)源電(diàn)流、執行时(shí)間(jiān)和(hé)電(diàn)磁輻射），從芯片(piàn)或(huò)系(xì)統中(zhōng)提(tí)取(qǔ)機(jī)密信(xìn)息。
无論是(shì)非(fēi)易失性(xìng)FPGA還(huán)是(shì)SRAM FPGA，燒写或(huò)“加载”FPGA的(de)过(guò)程都需要(yào)具備抵禦邊(biān)信(xìn)道(dào)攻擊的(de)能(néng)力。
主(zhǔ)動(dòng)監視器件(jiàn)环(huán)境是(shì)另(lìng)一(yī)種(zhǒng)防止FPGA設計(jì)受到(dào)半侵入(rù)式和(hé)侵入(rù)式攻擊的(de)手(shǒu)段(duàn)。電(diàn)壓、温(wēn)度(dù)和(hé)时(shí)鐘(zhōng)頻率的(de)波(bō)動(dòng)可(kě)能(néng)表(biǎo)明(míng)有(yǒu)人(rén)試图(tú)進(jìn)行篡改。
防篡改FPGA提(tí)供可(kě)定(dìng)制的(de)響應(yìng)来(lái)抵禦攻擊，其中(zhōng)包(bāo)括完全(quán)擦除器件(jiàn)，從而(ér)使其对(duì)攻擊者(zhě)毫(háo)无用(yòng)处。
保證FPGA數據(jù)的(de)安(ān)全(quán)
最(zuì)後(hòu)，除了(le)确保硬(yìng)件(jiàn)和(hé)設計(jì)的(de)安(ān)全(quán)，FPGA還(huán)必須提(tí)供保護應(yìng)用(yòng)程序數據(jù)的(de)技術(shù)，这(zhè)包(bāo)括不(bù)同(tóng)方(fāng)法的(de)組合：
真(zhēn)随機(jī)數生(shēng)成(chéng)器（TRNG），用(yòng)于(yú)構建符合NIST标(biāo)準的(de)安(ān)全(quán)協議，并提(tí)供随機(jī)性(xìng)来(lái)源以(yǐ)生(shēng)成(chéng)用(yòng)于(yú)加密操作的(de)密鑰
通(tòng)过(guò)物(wù)理不(bù)可(kě)克(kè)隆功能(néng)（PUF）生(shēng)成(chéng)根(gēn)密鑰。PUF可(kě)利用(yòng)在(zài)半導體(tǐ)生(shēng)産过(guò)程中(zhōng)自(zì)然發(fà)生(shēng)的(de)亞微细(xì)粒(lì)變(biàn)化(huà)，并賦予每个(gè)晶體(tǐ)管(guǎn)略微随機(jī)的(de)電(diàn)气(qì)特(tè)性(xìng)和(hé)惟一(yī)身(shēn)份，類(lèi)似于(yú)人(rén)類(lèi)的(de)指紋，每一(yī)个(gè)都独一(yī)无二(èr)
受密鑰保護的(de)安(ān)全(quán)存儲器
能(néng)够執行符合行業标(biāo)準的(de)非(fēi)对(duì)稱、对(duì)稱和(hé)hashtag函(hán)數的(de)加密功能(néng)
結論
工業4.0是(shì)一(yī)场不(bù)斷深化(huà)的(de)革(gé)命，其廣泛采用(yòng)依賴于(yú)稳健的(de)端到(dào)端安(ān)全(quán)解(jiě)決方(fāng)案(àn)。基于(yú)软(ruǎn)件(jiàn)的(de)安(ān)全(quán)和(hé)加密功能(néng)实現(xiàn)容易存在(zài)弱(ruò)點(diǎn)并遭(zāo)到(dào)惡意(yì)利用(yòng)。
相比之下(xià)，當今基于(yú)硬(yìng)件(jiàn)的(de)解(jiě)決方(fāng)案(àn)利用(yòng)了(le)具有(yǒu)內(nèi)置高(gāo)級安(ān)全(quán)可(kě)編程功能(néng)的(de)FPGA以(yǐ)及(jí)硬(yìng)件(jiàn)、設計(jì)和(hé)數據(jù)中(zhōng)的(de)安(ān)全(quán)层。
这(zhè)可(kě)提(tí)供旨在(zài)防止客戶IP遭(zāo)到(dào)竊取(qǔ)或(huò)过(guò)度(dù)構建的(de)硬(yìng)件(jiàn)。这(zhè)些數據(jù)安(ān)全(quán)功能(néng)的(de)示例之一(yī)是(shì)用(yòng)于(yú)抵禦邊(biān)信(xìn)道(dào)攻擊的(de)DPA保護功能(néng)，这(zhè)通(tòng)常是(shì)一(yī)種(zhǒng)獲得许可(kě)的(de)專利功能(néng)。
此(cǐ)外(wài)，基于(yú)物(wù)理不(bù)可(kě)克(kè)隆函(hán)數（PUF）的(de)安(ān)全(quán)密鑰管(guǎn)理解(jiě)決方(fāng)案(àn)，以(yǐ)及(jí)支持(chí)符合行業标(biāo)準的(de)非(fēi)对(duì)稱、对(duì)稱和(hé)hashtag函(hán)數的(de)软(ruǎn)件(jiàn)可(kě)編程防邊(biān)信(xìn)道(dào)攻擊加密处理器也(yě)同(tóng)樣(yàng)重(zhòng)要(yào)。
基于(yú)硬(yìng)件(jiàn)的(de)解(jiě)決方(fāng)案(àn)为(wèi)打(dǎ)造真(zhēn)正(zhèng)靈活、安(ān)全(quán)的(de)系(xì)統鋪平了(le)道(dào)路(lù)。凭借(jiè)其极(jí)高(gāo)的(de)可(kě)編程性(xìng)、出(chū)色(sè)的(de)性(xìng)能(néng)和(hé)极(jí)佳的(de)功耗等优勢，
基于(yú)硬(yìng)件(jiàn)的(de)FPGA安(ān)全(quán)解(jiě)決方(fāng)案(àn)将成(chéng)为(wèi)实現(xiàn)重(zhòng)要(yào)安(ān)全(quán)性(xìng)能(néng)的(de)不(bù)二(èr)之選。
FPGA集成(chéng)了(le)防邊(biān)信(xìn)道(dào)攻擊加密加速器，其中(zhōng)包(bāo)含防篡改/防禦措施，可(kě)保護客戶的(de)知識産權，并提(tí)供可(kě)信(xìn)的(de)供應(yìng)鍊(liàn)管(guǎn)理，为(wèi)開(kāi)發(fà)安(ān)全(quán)系(xì)統提(tí)供一(yī)个(gè)安(ān)全(quán)平台(tái)。
温(wēn)馨提(tí)示：明(míng)德揚除了(le)培訓学習還(huán)有(yǒu)項目承接業务，擅长的(de)項目主(zhǔ)要(yào)包(bāo)括的(de)方(fāng)向(xiàng)有(yǒu)以(yǐ)下(xià)幾(jǐ)个(gè)方(fāng)面(miàn)：
1. MIPI視頻拼接
2. SLVS-EC轉(zhuǎn)MIPI接口(kǒu)(IMX472 IMX492)
3. PCIE采集系(xì)統
4. 图(tú)像項目
5. 高(gāo)速多(duō)通(tòng)道(dào)ADDA系(xì)統
6. 基于(yú)FPGA板卡(kǎ)研發(fà)
7. 多(duō)通(tòng)道(dào)高(gāo)靈敏電(diàn)荷放(fàng)大器
8.射頻前(qián)端
http://old.mdy-edu.com/xmucjie/2023/0201/1865.html
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