美國(guó)軍方正在加緊努力，通過(guò)在芯片設(shè)計(jì)階段植入防御系統(tǒng)來(lái)保障半導(dǎo)體和電子產(chǎn)品供應(yīng)鏈的安全。2020年5月27日，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)宣布了兩個(gè)由學(xué)術(shù)、商業(yè)和國(guó)防工業(yè)研究人員和工程師組成的團(tuán)隊(duì)，來(lái)推進(jìn)其安全芯片設(shè)計(jì)計(jì)劃，這兩個(gè)團(tuán)隊(duì)分別由EDA巨頭Synopsys公司和軍工制造商諾斯羅普·格魯曼公司（Northrop Grumman）牽頭。到此，DARPA終于為歷時(shí)一年之久的“安全硅的自動(dòng)實(shí)施(Automatic Implementation of Secure Silicon，AISS)”項(xiàng)目選中研究團(tuán)隊(duì)，來(lái)探索開(kāi)發(fā)新設(shè)計(jì)工具和IP生態(tài)系統(tǒng)，以期最終使防御系統(tǒng)有效地整合到芯片設(shè)計(jì)中。

Synopsys公司牽頭的小組成員還包括 ARM公司、波音公司，佛羅里達(dá)大學(xué)網(wǎng)絡(luò)安全研究所，德州農(nóng)工大學(xué)，UltraSoC公司，加州大學(xué)圣地亞哥分校；諾斯羅普·格魯曼公司牽頭的小組成員還包括IBM公司、阿肯色大學(xué)和佛羅里達(dá)大學(xué)。“AISS正將安全研究和半導(dǎo)體設(shè)計(jì)領(lǐng)域的領(lǐng)先人才匯聚到一起，專(zhuān)注于一個(gè)具有國(guó)家重要性的問(wèn)題。”AISS 項(xiàng)目經(jīng)理 Serge Leef表示，“AISS將推動(dòng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)力的革命性進(jìn)步，并對(duì)美國(guó)電子供應(yīng)鏈安全產(chǎn)生巨大而積極的影響。”

01

競(jìng)爭(zhēng)性“安全引擎”方法解決芯片漏洞

AISS包括兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域，以期解決芯片安全漏洞。

第一個(gè)技術(shù)領(lǐng)域涉及開(kāi)發(fā)一個(gè)“安全引擎”，將最新的學(xué)術(shù)研究和商業(yè)技術(shù)融合到一個(gè)可升級(jí)的平臺(tái)，用于防御芯片免受攻擊，并提供一個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)管理這些芯片。

Synopsys 和諾斯羅普·格魯曼將分別開(kāi)發(fā)基于ARM的架構(gòu)，其中包括不同方法的“安全引擎”，并證明新架構(gòu)對(duì)其它安全引擎的兼容性，同時(shí)可能包括為未來(lái)美國(guó)國(guó)防部(DoD)相關(guān)應(yīng)用開(kāi)發(fā)高度專(zhuān)業(yè)化引擎。

此外，諾斯羅普·格魯曼將攜手 IBM 尋求進(jìn)一步加強(qiáng)DARPA“電子防御供應(yīng)鏈硬件完整性(Supply Chain Hardware Integrity for Electronics Defense ,SHIELD)” 項(xiàng)目下首次開(kāi)發(fā)的技術(shù)。他們將使用這些技術(shù)作為開(kāi)發(fā)“資產(chǎn)管理基礎(chǔ)設(shè)施(AMI)”的起點(diǎn)，以便在芯片整個(gè)生命周期中起到保護(hù)作用。他們的目標(biāo)是使用分布式賬本技術(shù)實(shí)現(xiàn)AMI，該技術(shù)提供了一個(gè)高可用性、基于云的系統(tǒng)，能夠管理密鑰、證書(shū)、水印、策略和跟蹤數(shù)據(jù)，以確保芯片在設(shè)計(jì)生態(tài)系統(tǒng)中流動(dòng)時(shí)保持安全。

第二個(gè)技術(shù)領(lǐng)域涉及到以高度自動(dòng)化的方式將第一個(gè)研究領(lǐng)域開(kāi)發(fā)的安全引擎技術(shù)集成到片上系統(tǒng)(SOC)平臺(tái)中。在稍后階段，Synopsys 牽頭團(tuán)隊(duì)將利用 EDA 工具將其安全引擎集成到 SoC 平臺(tái)中。實(shí)際上，這第二個(gè)研究領(lǐng)域的重點(diǎn)是執(zhí)行“系統(tǒng)綜合”，或者說(shuō)將AISS開(kāi)發(fā)的“安全感知”EDA工具與來(lái)自 Synopsys、ARM 和UltraSoc的現(xiàn)成商用 IP 結(jié)合起來(lái)。這將使芯片設(shè)計(jì)人員為 AISS 工具指定功率、面積、速度和安全(PASS)約束，然后根據(jù)應(yīng)用目標(biāo)自動(dòng)生成最佳實(shí)現(xiàn)。

02

AISS項(xiàng)目背景

AISS項(xiàng)目于2019年4月發(fā)布，是美國(guó)“電子復(fù)興計(jì)劃（ERI）”第二階段啟動(dòng)的項(xiàng)目之一。ERI第二階段目標(biāo)是推動(dòng)美國(guó)本土半導(dǎo)體制造業(yè)實(shí)現(xiàn)可靠的專(zhuān)用電路，并最終惠及國(guó)防和商業(yè)應(yīng)用。此外，DARPA在今年4月初對(duì)電子復(fù)興計(jì)劃（ERI）進(jìn)行了更新，提出了四個(gè)關(guān)鍵的發(fā)展領(lǐng)域：三維異構(gòu)集成、新材料和器件、專(zhuān)用功能以及設(shè)計(jì)和安全，三維異構(gòu)、專(zhuān)用及安全被重點(diǎn)關(guān)注。在更新之前ERI所設(shè)項(xiàng)目分別與材料和集成、架構(gòu)以及設(shè)計(jì)三個(gè)研究方向?qū)R。更新后ERI所設(shè)項(xiàng)目重新分類(lèi)分別與四個(gè)關(guān)鍵的發(fā)展領(lǐng)域?qū)R。AISS從原先的“設(shè)計(jì)”方向劃分到新的 “設(shè)計(jì)和安全”方向。

AISS旨在將可擴(kuò)展的防御機(jī)制嵌入芯片設(shè)計(jì)的過(guò)程自動(dòng)化，同時(shí)允許設(shè)計(jì)師權(quán)衡經(jīng)濟(jì)性與安全性，最大化設(shè)計(jì)生產(chǎn)力。AISS項(xiàng)目，為期4年，分為15個(gè)月、18個(gè)月、15個(gè)月三個(gè)階段，包含兩個(gè)技術(shù)領(lǐng)域：1）安全，芯片安全包括設(shè)計(jì)安全及制造后安全，涉及安全引擎、資產(chǎn)管理基礎(chǔ)設(shè)施及安全I(xiàn)P三個(gè)研究方向；2）平臺(tái)，可自定義模塊的集成安全子系統(tǒng)，涉及核心平臺(tái)、平臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)施及組合集成三個(gè)研究方向。兩個(gè)領(lǐng)域的執(zhí)行者在合同授予前必須簽訂聯(lián)合承包商協(xié)議（ACAs），以便“領(lǐng)域1”開(kāi)發(fā)的工具、IP和方法可以用于“領(lǐng)域2”。項(xiàng)目招募分別基于ARM和RISC-V（至少此兩種架構(gòu)）的解決方案，此次選中的團(tuán)隊(duì)探索基于ARM的解決方案。

隨著網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備的普及化，國(guó)家及經(jīng)濟(jì)利益相關(guān)者將注意力轉(zhuǎn)移到數(shù)字集成電路芯片上，這些芯片能夠?qū)崿F(xiàn)跨軍事和商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的復(fù)雜功能。目前的芯片安全相關(guān)的漏洞集中在四個(gè)方面：邊信道攻擊、反向工程、供應(yīng)鏈攻擊以及惡意硬件。通過(guò)開(kāi)發(fā)一個(gè)設(shè)計(jì)工具和IP生態(tài)系統(tǒng)（包括工具供應(yīng)商、芯片開(kāi)發(fā)商、IP許可方和開(kāi)放源碼社區(qū)），AISS項(xiàng)目試圖將安全能力低成本集成到芯片設(shè)計(jì)中，最終實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展的片上安全普及化。