隨著聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量的不斷增加，安全設(shè)計(jì)不再只是一個(gè)附加優(yōu)勢(shì)，更是所有數(shù)字化產(chǎn)品的必備要素。

工業(yè)、汽車、醫(yī)療、航空電子和政府等眾多領(lǐng)域早已確立了安全標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)今，安全重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了所有聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品。歐盟在 2024 年底通過的《網(wǎng)絡(luò)彈性法案》 (Cyber Resilience Act) 便是這一趨勢(shì)的例證。設(shè)計(jì)工程師不得不花費(fèi)更多的時(shí)間來(lái)學(xué)習(xí)如何增強(qiáng)產(chǎn)品安全性，而無(wú)法完全專注于設(shè)計(jì)本身。

幸運(yùn)的是，對(duì)于 FPGA 用戶而言，Altera 早在十多年前就已在其產(chǎn)品中內(nèi)置了出色的安全功能，客戶只需啟用這些功能，即可實(shí)現(xiàn)高水平的安全性。而對(duì)于那些正在為其新設(shè)計(jì)尋求 FPGA 的設(shè)計(jì)工程師來(lái)說(shuō)，即便是小型的 Altera 設(shè)備，亦可幫助他們有力地抵御常見威脅。

如今的安全需求不再局限于加密支持，而可大致劃分為三大類：設(shè)計(jì)安全、數(shù)據(jù)安全和供應(yīng)鏈安全。

設(shè)計(jì)安全需求

此需求須確保在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期內(nèi)都擁有全面的控制能力，這可通過精心設(shè)計(jì)的系統(tǒng)安全方案來(lái)達(dá)成，通常側(cè)重于系統(tǒng)中智能化水平最高的設(shè)備。在系統(tǒng)開機(jī)時(shí)，智能設(shè)備必須能夠安全啟動(dòng)，并為設(shè)備自身及其周圍的系統(tǒng)建立信任根 (ROT)。

Altera 設(shè)備具備多項(xiàng)設(shè)計(jì)安全功能，這些功能在 ROT 建立后即可使用。例如，Agilex 設(shè)備內(nèi)置了最新版安全設(shè)備管理器 (SDM)。SDM 是一種靈活的安全子系統(tǒng)，它會(huì)先啟動(dòng)并建立 ROT，然后為整個(gè)系統(tǒng)提供安全服務(wù)。

圖 1 展示了 Agilex 7 家族所含 SDM 的高級(jí)框圖。這一功能強(qiáng)大的子系統(tǒng)可以利用冗余處理器，自開機(jī)起即運(yùn)行 FPGA 的安全功能。SDM 負(fù)責(zé)執(zhí)行多種任務(wù)，包括 FPGA 和 HPS 的安全配置、加密密鑰和操作的安全處理、篡改檢測(cè)、單粒子翻轉(zhuǎn) (SEU) 監(jiān)控等。

圖 1：Agilex 7 設(shè)備中的安全設(shè)備管理器 (SDM)

系統(tǒng)部署完成后，如何確保其未被入侵呢？這就需要利用 SDM 的另一項(xiàng)獨(dú)特功能：認(rèn)證功能 (Attestation)。驗(yàn)證 (authentication) 環(huán)節(jié)負(fù)責(zé)驗(yàn)證并批準(zhǔn) FPGA 或軟件映像啟動(dòng)，而認(rèn)證 (attestation) 功能則提供與之相關(guān)的功能，要求系統(tǒng)必須證明其身份和狀態(tài)，以證實(shí)其未被篡改。這項(xiàng)功能可隨時(shí)調(diào)用，作為系統(tǒng)所有者進(jìn)行系統(tǒng)增強(qiáng)的一道“關(guān)口”，或是在認(rèn)證失敗時(shí)啟用緩解措施的一項(xiàng)測(cè)試。

數(shù)據(jù)安全需求

作為第二大類需求，旨在保護(hù)系統(tǒng)處理或傳輸?shù)乃袛?shù)據(jù)。如前所述，SDM 擁有一個(gè)具備多種算法的加密引擎，可以幫助保護(hù) FPGA 邏輯結(jié)構(gòu)或 FPGA 嵌入式 ARM 硬核處理器系統(tǒng) (HPS) 所觸及的“敏感”數(shù)據(jù)。這些加密服務(wù)不僅包括可為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)提供加密的安全數(shù)據(jù)對(duì)象存儲(chǔ) (SDOS)，還包括基于 HMAC 的簽名生成和驗(yàn)證，可助力確保數(shù)據(jù)的完整性和真實(shí)性。SDM 還提供其他類似功能，可用于 HPS 或 FPGA 邏輯結(jié)構(gòu)所處理的各種數(shù)據(jù)，并可在密碼、完整性和身份驗(yàn)證等多種所需功能中使用 AES、HMAC、SHA-2 和 ECDSA 算法。

部分 Agilex 7 設(shè)備[1] 還提供 MACsec IP 解決方案，每個(gè)實(shí)例的運(yùn)行速度高達(dá) 200 Gbps（半雙工）。該功能采用了現(xiàn)有的 AES 硬核加速器模塊，而該模塊也可用于其他 IP 解決方案。Agilex 7 設(shè)備提供多達(dá) 4 個(gè)實(shí)例，支持高達(dá) 800 Gbps 的 MACsec 帶寬。

供應(yīng)鏈安全需求

覆蓋產(chǎn)品的整個(gè)生命周期，從為設(shè)計(jì)選擇組件開始，貫穿于產(chǎn)品的制造、交付、維護(hù)，直至生命周期終結(jié)。為應(yīng)對(duì)電子制造生態(tài)系統(tǒng)中的不足，Altera 擴(kuò)展了安全功能。

例如，在與負(fù)責(zé)設(shè)備密鑰編程的第三方原始設(shè)計(jì)制造商 (ODM) 合作時(shí)，機(jī)密性是一個(gè)普遍關(guān)注的問題。為解決這一問題，Altera 提供了黑密鑰 (black key) 預(yù)配支持。該功能與 SDM 結(jié)合使用，可讓您無(wú)論在何處編程都能安全隱藏設(shè)備密鑰。

另一項(xiàng)能夠從設(shè)備本身增強(qiáng)安全性的功能是物理不可克隆功能 (PUF)，類似于數(shù)字指紋。Altera 采用高度安全的制造工藝，可防止內(nèi)部 PUF 密鑰從設(shè)備中外泄，從而增強(qiáng)安全性，以保護(hù)重要資產(chǎn)。另外，PUF 密鑰還能證明您購(gòu)買的是真正的 Altera 產(chǎn)品，而非假冒設(shè)備。

其他供應(yīng)鏈安全功能還包括：

- 安全遠(yuǎn)程更新：這一 IP 技術(shù)可讓您在系統(tǒng)部署到客戶方后，仍能對(duì) FPGA 和軟件映像進(jìn)行安全更新；

- 安全調(diào)試：在無(wú)需訪問內(nèi)部 IP、數(shù)據(jù)或系統(tǒng)控制的情況下，從系統(tǒng)中收集調(diào)試所需的數(shù)據(jù)；

- 所有權(quán)轉(zhuǎn)讓：設(shè)置多租戶所有權(quán)，或?qū)⑺袡?quán)轉(zhuǎn)讓給另一方；

- 報(bào)廢處理：以加密方式清除設(shè)備中的獨(dú)特機(jī)密信息，防止設(shè)備被重新配置。

Altera 設(shè)備內(nèi)置安全功能已有十余年。自 2016 年推出安全設(shè)備管理器 (SDM) 以來(lái)，Altera 始終致力于為其新添更為先進(jìn)的功能[2]。憑借其靈活性、穩(wěn)健性和可更新性，SDM 可以幫助客戶構(gòu)建更安全的產(chǎn)品。表 1 概述了本文重點(diǎn)介紹的安全功能。

表 1：近期推出的 Altera 產(chǎn)品家族安全功能矩陣

注：

[1] 僅適用于部分 Agilex 7 設(shè)備系列。

[2] Altera 的安全方法用戶指南 (RDC ID# 724441) 中涵蓋更多其他機(jī)密功能。這些內(nèi)容需要簽訂保密協(xié)議 (NDA) 方可披露。該指南還包括關(guān)于如何充分利用這些功能來(lái)應(yīng)對(duì)威脅環(huán)境。請(qǐng)聯(lián)系 Altera 銷售人員，以獲取該文件以及與安全相關(guān)的其他機(jī)密文件。

[3] 安全設(shè)備管理器電路和 IP 在這一產(chǎn)品架構(gòu)中首次實(shí)現(xiàn)。

[4] 僅適用于部分 Agilex 3 設(shè)備系列。