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Arm 用新的 SoC 和演示板测试安全架构

2022-6-16 14:44:28

1807 单片机 soc

Arm 公司最近宣布了一个新的原型架构，这个架构是从其 Morello 项目中分离出来的，它可能为下一代数据安全系统铺平道路
几年前，剑桥大学(University of Cambridge)的研究人员与 ARM 合作，开发了一种名为 CHERI 的实验架构ーー能够增强硬件性能的 RISC 指令ーー该指令使用64位 Armv8-A 来解决内存安全问题，尤其是在编程语言中。
在 CHERI 保护模型的基础上，安谋与剑桥大学(University of Cambridge)合作，创建了“莫雷洛计划”(Morello program) ，并于2019年启动了为处理器设计安全硬件架构的爱丁堡大学。

Arm Morello SoC.作为这个项目的一部分，Arm 公司现在已经使用基于 CHERI 的 Morello 原型架构构建了一个系统芯片(SoC)和一个演示板。这种架构据说可以增强内存保护和扩展软件防火分区，目的是保护内存不安全的语言不受各种漏洞的影响。
内存安全可能取决于编程语言内存安全是现代嵌入式设计面临的最紧迫的挑战之一。像健身追踪器、智能手机、笔记本电脑，甚至基于物联网的智能汽车这样的智能设备存储着诸如照片、交易凭证和保存的密码等敏感信息，以及许多其他类型的个人数据。
内存安全也是一些编程语言的关键属性。内存安全语言防止程序员引入某些缺陷或错误来控制设备的内存。这样的语言包括 C # 、 Java 和 Python。相反，C、 C + + 和汇编语言是内存不安全的。
使用内存安全语言，用户可能允许访问内存中的某些地址范围。即便如此，如果程序员试图访问超出范围的地址，这个人应该会收到一个错误，否则程序就会崩溃。但是，内存不安全的语言允许程序员读取所有内存内容。

CHERI 建筑为了减轻这种内存漏洞，CHERI 被开发为一种混合能力架构来扩展传统的硬件指令集架构(ISA)。体系结构增加了指针(在内存中引用地址的变量)的使用限制。这样，只能引用一些确定的地址范围。一旦物理实现，指针的地址访问就不能被软件内存不安全的语言伪造。

说明 CHERI 架构如何通过防火分区提高内存安全性的插图
CHERI 还可用于将关键地址块与其他非关键地址块分离。研究人员称之为防火分区。在这里，代码的关键部分被隔离在一个隔间中。因此，即使程序员破坏了代码的一部分，他们也只能被困在那个隔间里。
Morello 系统芯片设计
Morello SoC 基于 ARM 的 N1SDP 平台，其中四个 CPU 的配置被分配到两个 CPU 集群中。在 Morello SoC 中复制了类似的配置，以及新的互连和动态内存控制器。它还使用相同的系统控制处理器(SCP)和可管理性控制协议(MCP)。
由于 SoC 预计将运行操作系统，因此它集成了 Arm Mario-G76图形处理器和 Ma-D35显示处理器。

Morello SoC 配置
除了硬件，ARM 工程师还开发了软件工具链，主要是 LLVM 和 Clang 工具链，实现了 Morello 架构。Arm 创建了一个内部 FPGA，以方便操作系统在 SoC 数据库被录制用于制造之前启动 SoC 设计。
莫雷洛示范委员会Morello 演示板嵌入了 Arm v8-2-A 处理器。它的特点是 ARM 的 ULINK-Plug 调试适配器，它消除了对单独适配器的需要。根据研究人员的说法，演示板可以让研究人员实际评估和测试安全效益。
固件包括 SRP、 TF-A 和 UEFIED2，以支持操作系统的引导。研究人员报告称启动了一系列 Arm 64位操作系统，包括 Linux、 Android 11和 Windows 11。
Arm 正在通过 UKRI Digital Security by Design (DSbD)计划，将董事会分发给大学和企业中感兴趣的合作伙伴，其中最著名的两家是谷歌(Google)和微软(Microsoft)。

莫雷洛计划的下一步是什么？随着 Morello 架构的硬件实现现已可用，ARM 和剑桥的研究人员现在正在寻找这种架构的未来机会。他们还在开发第二个基于 GNU 的工具链，以及一个新的 Linux 内核用户 ABI，以促进纯功能用户空间软件的生产。
莫雷洛研究项目的下一阶段将持续到五年计划结束。
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