TPM和MCU已不够，下一代硬件安全解决方案的关键：动态、并行、实时、响应迅速
固件是硬件的核心。当电子设备中装满各种固件时（如网络摄像头、声卡、电池等），固件破解就会成倍地恶化。破解固件有多重形式，简单的BIOS和更新的UEFI系统是常见的攻击点。通常黑客无需与设备进行物理接触即可发送代码-可以通过Wi-Fi，蓝牙和任何其他类型的网络连接远程完成。这类攻击非常危险，因为它们很难被发现，并且由于固件不受加密签名的保护，因此无法检测到渗透。如果无法确保设备固件免受攻击，那固件安全带来的风险则非常之可怕，它可以监视您的活动、挖掘数据、远程控制您的设备、窃取您的身份等。
那么，怎么来确保固件的安全呢？莱迪思近日推出的Sentry解决方案集合和SupplyGuard供应链保护服务正是解决固件攻击和SupplyGuard攻击的安全痛点。Sentry是一系列优质资源的组合，包括可定制化的嵌入式软件、参考设计、IP和开发工具，可加速实现符合NIST平台固件保护恢复（PFR）指南的安全系统。SupplyGuard可提供具有动态信任的端到端供应链保护，它贯穿于从芯片原厂生产到OEM厂商，到CM生产，再到客户现场交付，以及产品最后的报废，保护其免受克隆和恶意软件植入等攻击，同时实现设备所有权的安全移交，是一个兼顾经济成本与高效的举措。
莱迪思半导体亚太区应用工程（AE）总监谢征帆介绍，传统上基于TPM和MCU的硬件安全解决方案通常使用串行处理，但要解决固件攻击、静态防护和供应链攻击这三大安全问题，必须采用动态、并行、实时、反应迅速的解决方案。Sentry解决方案和SupplyGuard便是利用动态信任实现端到端供应链保护的平台固件保护恢复（PFR），这两项业务提供了全面、真正并行、纳秒级响应的下一代安全方案，可以为客户及其产品的使用者实现动态信任机制，它将是安全解决方案的未来。
谢征帆，莱迪思半导体亚太区应用工程（AE）总监
随着物联网设备数量的急剧增加，人们对诸如勒索软件、蠕虫和木马病毒等恶意软件的攻击越发重视。与其他大规模网络威胁相比，固件攻击受到的关注要少得多。网络安全威胁主要源自联网设备总体数量越来越多，这些设备有的较为老旧、有的设计或部署的时候没有过多考虑安全性的问题，这就导致其可能被作为漏洞入口而遭受攻击。据Gartner公司在2019年7月的报告认为，截止2022 年，约有70%未执行固件升级计划的组织将由于固件漏洞而遭到入侵。
谢征帆表示，莱迪思的Sentry解决方案和SupplyGuard 服务最终目的都是提供动态的信任。以Sentry解决方案为例，更多的是提供网络硬件平台的固件安全防护，之后会进一步关注是否可以利用XO3D的harden security block来做一些保护，比如会利用harden block进行数据的加解密，以安全加密的方式传递关键信息，这是我们能够在网络安全方面给客户的一些方案。
Sentry 端到端供应链防护解决方案
固件保护在业界有一个比较通用的标准，是美国国家标准与技术研究院所提出的NIST800-193标准，大部分固件保护的开发都是基于这个标准。该标准提到，对于固件的保护主要有三大部分：一是能够检测到有黑客对固件进行攻击；二是进行保护，例如有人对固件进行非法读写操作时，会阻止这些非法行动并汇报给上层软件，发出警告信息；三是即使在固件遭到破坏的情况下，也能够进行恢复，例如从备份文件中恢复。
Sentry 解决方案也是基于NIST标准为蓝图和基准而做的一系列开发工具。集合首先是最底层的硬件平台，基于莱迪思的XO3D芯片，并提供一块Sentry演示板，上面可以运行各种demo和参考设计。在硬件平台之上，有一系列IP核，尤其里面有一个Risc-V软核，这个软核可以调度不同硬件的block，例如监视器、Mux这样的底层模块。客户可以在Risc-V上用相应的C代码，实现需要的功能。并且随着产品的演讲，如果将来新的产品里面需要一套新的保护方式，只要底层的基础模块没有变，那只需改变相应的C代码，就可以实现一个新的保护方式。软件工具则包括DIAMOND软件和Lattice embedded CPU开发平台Propel，这当中又包括Propel Builder和Propel SDK，类似于软核开发平台。在此之上是参考设计和演示示例。另外，还提供定制化设计服务。
Sentry解决方案最终的目的是要实现动态信任，同时实现端到端的供应链保护。谢征帆进一步解析说：“开发人员可以在没有任何FPGA设计经验的情况下，将Sentry经过验证的IP模块拖放到Lattice Propel设计环境中，修改所给的RISC-V C语言参考代码。由于Sentry解决方案集合提供预验证和经过测试的应用演示、参考设计和开发板，客户在导入PFR应用时的开发时间从10个月缩短到仅仅6周。”
那么，与TPM和MCU的固件保护方案相比，Sentry方案在保护、检测和恢复方面都更具优势。
保护方面，Sentry方案通过并行的方式实现对多个外设进行监控和访问控制的保护，可以满足客户对实时性的要求，而TPM和MCU则是串行的方式。此外，Sentry能够以纳秒级的响应速度对SPI flash、I2C和SPI的接口总线同时进行监测。里面的时钟基本上可以跑到80兆甚至100兆，基本上在一两个cycle里面就能够检测到非法访问的事件，同时能够在第一时间能够把这些非法访问阻断掉。谢征帆表示，在一些对时间敏感的应用上，TPM或MCU无法满足实时性要求。
检测方面，Sentry和MCU都能够在启动之前对受保护的芯片固件进行自动验证。但是TPM是一个被动的芯片，它不会主动进行验证，一般是配合主芯片进行检测，或者做一些密码算法相关的操作。
恢复方面，对于强度较大的破坏，例如DOS攻击和重复攻击，Sentry能够做出实时保护，安全地把固件恢复到正常状态。而MCU只能够做一些标准固件的回滚进行恢复。
SupplyGuard可提供具有动态信任的端到端供应链保护
针对传统供应链中存在的克隆、过度构建、恶意后门、盗窃、恶意外设、设备劫持等安全问题，莱迪思还推出了SupplyGuard服务，可提供具有动态信任的端到端供应链保护。这条端到端的供应链保护贯穿于从芯片原厂生产到OEM厂商，到CM生产，再到客户现场交付，以及产品最后的报废。在整个流程中，通过一对lock和unlock的密钥，让未经认证的设备和组件无法在这个系统里面运行。同时系统非常严格的保护这个密钥，如果有任何入侵的行为，都能够实时检测，最终实现端到端的安全供应链的保护。
从整个生产链条来看，SupplyGuard服务从IC组装起就已介入，客户下单后会生成lock key和unlock key。谢征帆解释道：“在组装工厂中，我们会把一个lock key烧写到这一批发货的芯片里面，还有一些进行SupplyGuard保护的pattern也会一起写进去。同时，我们会把unlock key通过安全通道交给客户，客户的研发部门先通过常规的FPGA开发流程来进行开发，在最后一个阶段时，会把FPGA要写的文件用unlock key进行加密和签名。”
据介绍，有了经过加密和签名保护的比特文件后，客户就可以把这个比特文件交给CM厂商进行产品的系统生产。另外，莱迪思还会根据客户的要求把这批带有lock key的芯片同时发货，发到CM厂商进行组装。加密芯片和比特文件都来到CM厂商后，它就可以起到两个作用，首先已经被lock的设备只接受加密和签名以后的比特文件，如果看到其它比特文件不是由这个unlock key产生的话，它会拒绝这个比特文件。因此，恶意的比特文件就没法被烧写到芯片里面，保证了安全的芯片程序注入。反过来讲，也能够起到反向的保护，如果客户在CM厂商那边拿了一些没有lock的芯片过来，例如市场上采购的一些同样封装、同样大小的空白芯片，试图把加密和签名的比特文件烧到芯片里的话，是烧不进去的，这是由XO3D架构决定的。
也就是说，这种防护机制是双向的，既防止了非法比特文件烧写到lock的设备里面，也防止了正版代码烧写到空芯片里，从而保障了最终产品的安全可靠利用SupplyGuard服务，客户可以获得供应链端到端的全流程保护。在芯片的流通和应用环节，会支持key的撤回操作，而在市场应用过程中，莱迪思则提供了完善的设计服务，会根据不同厂商的实际需求来进行配置操作。对于客户来说，SupplyGuard服务一方面可以降低成本，不需要在CM厂商部署安全设备，来提供比特文件保护，另一方面即使要更换不同的CM厂商，也不会对CM厂商的安全性有任何要求，增加了灵活性。
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