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沐“安”之澤暉,創(chuàng)“芯”之華章

作者:鄭小龍 (《電子產(chǎn)品世界》編委) 時間:2021-07-22 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏


本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/202107/427060.htm

1   信息決定于可靠的“芯”

當(dāng)前的數(shù)字信息產(chǎn)業(yè)構(gòu)建在半導(dǎo)體之上,且依賴度越來越強(qiáng),如果芯片得不到保證,則任何形式的信息都無從談起,這對行業(yè)發(fā)展舉足輕重,并且覆蓋和滲透到各類信息網(wǎng)絡(luò)體系及產(chǎn)品的方方面面。隨著信息安全深入人心,安全芯片正在成為一個特殊的產(chǎn)業(yè),成為越來越多從事解決方案公司的關(guān)注焦點(diǎn)和標(biāo)準(zhǔn)配置。

出于對安全芯片最新概念和演進(jìn)的興趣,在北京上地海淀創(chuàng)業(yè)園,筆者與無錫沐創(chuàng)集成電路設(shè)計有限公司總經(jīng)理朱敏博士進(jìn)行了交流。作為網(wǎng)絡(luò)安全芯片領(lǐng)域的領(lǐng)跑者,沐創(chuàng)致力于以計算技術(shù)作為打造網(wǎng)絡(luò)安全的基石。他首先談到,人們?nèi)粘=佑|的門禁卡、IC 卡、U 盾等加密技術(shù)在十多年前已經(jīng)成熟,而當(dāng)前與云計算、大數(shù)據(jù)和區(qū)塊鏈息息相關(guān)的信息安全使安全芯片形態(tài)發(fā)生了重大改變。中國需要有專門公司來研發(fā)安全芯片,從而改變國際公司壟斷的局面,所以沐創(chuàng)定位為高端安全芯片提供者,不僅實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化,還要有效解決行業(yè)內(nèi)各種安全應(yīng)用的痛點(diǎn)。

既然芯片硬件安全問題無法單獨(dú)通過軟件方法解決,只有抓住硬件方法的根本,才能系統(tǒng)構(gòu)建基于芯片的安全體系。如圖1 所示,正如由CPU 芯片對應(yīng)虛擬機(jī)和云計算,芯片安全問題一定會帶來系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)等的安全問題。涉及互聯(lián)網(wǎng)、重要系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施、國產(chǎn)化替代及國家安全,必須通過安全芯片建立與軟件、系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的功能支撐關(guān)系,從最底層的硬件功能確保上層功能安全。

網(wǎng)絡(luò)安全是互聯(lián)網(wǎng)安全領(lǐng)域的剛需,隨大數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)的增長而劇增,重要系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施安全領(lǐng)域的需求與整個“十三五計劃”相伴隨,并將跨越到新的五年計劃,于是涉及國家安全領(lǐng)域的各種需求也緊隨國家網(wǎng)絡(luò)安全建設(shè)而穩(wěn)步增長。

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2020 年是中國密碼法元年,密碼作為國家重要的戰(zhàn)略資源,已經(jīng)成為保障網(wǎng)絡(luò)空間安全的核心技術(shù)和基礎(chǔ)支撐,推動商用密碼在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用則是國家和企業(yè)的新發(fā)展路徑。高性能密碼技術(shù)是其中非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié),沐創(chuàng)面向高速場景的密碼處理器芯片研發(fā)的便立足于此,任重而道遠(yuǎn)。

2   全新安全性來自計算的“芯”

加密和解密是一對長期存在的矛盾,正所謂“道高一尺,魔高一丈”。計算機(jī)運(yùn)算平臺不斷加速的結(jié)果,使雙方攻防策略也在針鋒相對地較量,唯有從芯片入手。以往多種通用高速嵌入式處理器芯片雖然可以提供支持,但唯有采用特殊可定制化手段,才可實(shí)現(xiàn)堅不可摧的安全保證,安全技術(shù)正是誕生在這樣的背景下。

清華大學(xué)硬件安全與密碼芯片實(shí)驗(yàn)室成立于2009年,歷經(jīng)5 年,開發(fā)出首款采用可重構(gòu)計算技術(shù)的安全芯片,并以“一種動態(tài)可重構(gòu)陣列處理器的構(gòu)令流工作方法”獲得中國專利金獎。之后推出ZORO 系列可重構(gòu)安全系統(tǒng)芯片,并不斷升級。沐創(chuàng)作為清華團(tuán)隊科技成果轉(zhuǎn)化成立于2018 年底,隨后即推出RSP 系列高性能安全芯片,即可重構(gòu)安全處理器(reconfigurable security processor)平臺。

可重構(gòu)計算技術(shù)兼具高能效和高靈活性,其芯片能量效率是目前通用處理器的1 000 倍以上,是可編程邏輯器件的100 倍以上。信息安全領(lǐng)域定制的可編程性也是其優(yōu)勢之一,支持硅后的功能重定義,其特點(diǎn)如圖2所示。

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圖2 可重構(gòu)芯片優(yōu)于其他處理器的特色

可重構(gòu)計算用于安全芯片設(shè)計至關(guān)重要,賦予安全芯片更快、更省電、更安全的特點(diǎn),圖3 所示為其內(nèi)部機(jī)理。應(yīng)用的每個運(yùn)算都可在運(yùn)算陣列中找到對應(yīng)的單元,單元間的互連與任務(wù)一一對應(yīng),由此獲得類比專用電路的高能效。芯片以運(yùn)算單元陣列為核心部件,由配置流和數(shù)據(jù)流共同驅(qū)動,而不使用指令,從而實(shí)現(xiàn)軟硬件雙編程。

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可重構(gòu)計算帶來全新的安全性理念,顯著優(yōu)于行業(yè)現(xiàn)有密碼芯片的架構(gòu),并且具有在設(shè)計和制造過程中不泄露算法的功能,所呈現(xiàn)的是“白片”,而無泄露隱患。只有在使用階段,依據(jù)用戶配置,才產(chǎn)生特定密碼功能。其所特有的信息冗余計算資源通過適當(dāng)配置后,具有顯著抵御旁路攻擊的能力。

從生態(tài)上看,國密上云已成為打造密碼產(chǎn)業(yè)生態(tài)的重要手段,在云管邊端的網(wǎng)絡(luò)生態(tài)鏈上,都要內(nèi)生支持國家認(rèn)可的密碼技術(shù)。沐創(chuàng)將可重構(gòu)計算技術(shù)應(yīng)用到服務(wù)器的智能安全網(wǎng)卡架構(gòu)上,使密碼和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行融合,實(shí)現(xiàn)高效且靈活的國密和國際標(biāo)準(zhǔn)算法加速及網(wǎng)絡(luò)報文預(yù)處理和分發(fā)。芯片集成了豐富的硬件計算資源與SRIOV 硬件虛擬化能力,成為支撐國產(chǎn)化自主可控服務(wù)器發(fā)展的重要硬件安全方案。在軟件生態(tài)上支持并適配主流Linux 分發(fā)版本和國產(chǎn)化操作系統(tǒng)。秉承開放的理念在生態(tài)方面始終保持開放、緊跟、主導(dǎo)的模式,確保在硬件、軟件協(xié)同方面與世界一流先進(jìn)技術(shù)同步。

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3   全“芯”全意的一體化安全方案

信息安全行業(yè)的很多服務(wù)方式都是定制化開發(fā),沐創(chuàng)在銷售芯片的同時也提供參考設(shè)計解決方案,包括系統(tǒng)設(shè)計、軟件構(gòu)建和配置等。已有30 Gbit/s 的高性能安全芯片產(chǎn)品RSP S20 應(yīng)用到數(shù)據(jù)中心、網(wǎng)安設(shè)備、加密機(jī)市場中。沐創(chuàng)RSP 系列安全芯片簡單易用,改變了以往復(fù)雜的信息安全開發(fā)體系,用戶只需運(yùn)行應(yīng)用層軟件即可,芯片可以看作“安全磚塊”,接口簡單且標(biāo)準(zhǔn)化,便于搭建信息安全大廈。

RNP芯片是40 G領(lǐng)域的一款輕量級智能網(wǎng)卡芯片,隨著技術(shù)的積累,后續(xù)將推出100G 智能網(wǎng)卡芯片以及100 G DPU 解決方案,進(jìn)一步填補(bǔ)國產(chǎn)化智能網(wǎng)卡芯片和國產(chǎn)化DPU 解決方案的空白。基于RNP 的可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)安全網(wǎng)卡系列,其中RNP N10 為國產(chǎn)服務(wù)器系統(tǒng)提供1/10/25/40 G 國產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)控制器方案,可以完美融合安全、智能、網(wǎng)絡(luò)一體化。圖4 所示為其所面向支持的應(yīng)用領(lǐng)域。圖4RNP 系列產(chǎn)品展示沐創(chuàng)五大技術(shù)能力:①高性能網(wǎng)絡(luò)40 G 小包線速轉(zhuǎn)發(fā)能力和DPDK 全面支持;②內(nèi)生安全支持可信計算和可信根,支持動態(tài)度量;③高性能密碼適用各種安全網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用;④ SDN 應(yīng)用加速可重構(gòu)內(nèi)核實(shí)現(xiàn)多元組、flow 加速功能、配合國產(chǎn)CPU 性能提升;⑤報文分流過濾。

展望未來,朱博士描繪了“國密融合安全,安全融合網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)融合智能”的公司發(fā)展理念。沐創(chuàng)公司起步于創(chuàng)新型國密安全芯片融合網(wǎng)絡(luò)安全市場的朝陽產(chǎn)業(yè),服務(wù)于金融與電子政務(wù)、互聯(lián)網(wǎng)安全、云端互聯(lián)、網(wǎng)絡(luò)安全以及工業(yè)等主流行業(yè)。抓住國產(chǎn)化替代市場契機(jī),以可重構(gòu)賦能信息安全芯片,力爭3 年內(nèi)在國密安全芯片行業(yè)名列前茅,為成為領(lǐng)先的網(wǎng)絡(luò)安全控制器芯片供應(yīng)商,譜寫華彩樂章。

(本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2021年7月期)



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