CPU的信息安全防護措施

安全控制器中的 CPU 與存儲器一樣，都是攻擊者感興趣的攻擊點，在設計時需要采用多種安全防護措施。

1.防故障注入攻擊

攻擊者可能在 CPU 處理過程中找到引入故障的機會，以獲取密鑰或操縱軟件執行。早期保護 CPU 免受故障注入攻擊的方式主要是設置探測環境條件的傳感器，這些傳感器可對時鐘、電壓、光線或溫度等進行感測。但針對CPU 的其他故障，注入攻擊仍有可能，如通過激光、電磁輻射進行攻擊，或直按通過物理方式實施攻擊，如FIB操縱、微探針等技術。

如同存儲器系統最初采用的保護方式一樣，增強CPU安全性的最初解決方案也是使用奇偶校驗位。CPU寄存器中的奇偶校驗位非常容易實現，無須從頭開始設計安全控制器，但這種簡便性是以犧牲安全性為巨大代價的；如同存儲器奇偶校驗保護一樣，CPU奇偶校驗保護也存在很顯著的缺陷，因此還需要更好的保護CPU的方式。

一種非常簡單的CPU防御故障注入攻擊的方式是依次進行兩次相同的操作，將兩次操作的結果進行比較，并在結果不匹配的情況下發出告警。但這種方式會降低CPU性能，攻擊者可以通過實施兩次故障注入來繞過。如今多故障注入攻擊已經是攻擊者經常采用的攻擊手段，并較多地出現在集成電路的安全性評估和認證過程中。典型的多次操作的防御方法 （在時間刻度上實現冗余）容易被多故障注入攻擊徹底擊垮，因為相應的攻擊設備已經出現，而這些攻擊設備能越過微控制器指令和時鐘周期的時間刻度，瓦解通過時間刻度冗余進行的安全防范。更安全的應對措施包括使用緊密結合的雙CPU內核，利用兩個內核持續地互相檢查對方的操作和狀況。如果CPU能進行加密運算，甚至可讓兩個內核使用不同的動態密鑰，以便大大增強對多時間、多區域的多故障注入攻擊的防范。

2.防嗅探

此外，還必須保護CPU免遭嗅探攻擊。在近幾十年的安全控制器發展歷史中，CPU基本采用明文方式工作，這意味著對CPU內部進行竊聽的攻擊者能夠完全獲取其中處理的明文數據。早期的嗅探攻擊防范措施包括增加數個金屬層，保護有價值的信號免遭竊??；后來出現了全面覆蓋芯片的屏薇措施，其中一些具有自檢功能或動態任意數宇反饋功能，以檢查屏蔽的完整性。

如今面對 FIB、微探針、芯片微手術等攻擊方式，這些措施的有效性非常有限。此外，還有不需要任何實際操縱就能竊取CPU中內容的攻擊方式，如光輻射分析。這是因為硅晶體管在工作時將發射很少量的光，利用這種現象可讀取寄存器中的內容。

安全控制器設計者已經認識到增強CPU安全性的必要性。如今所采用的先進方法是CPU采用動態加密的方式進行計算，這樣攻擊者只能獲取被加密的數據。這種方法要求重新進行CPU設計，重新設計并非如對現有CPU 進行修改一般簡單，但這種努力會帶來很大的安全性能優勢。

審核編輯：湯梓紅