27、处理器资源共享的安全设计与评估

处理器资源共享的安全设计与评估

在处理器设计中，资源共享带来的时序泄漏一直是安全的重大威胁。为解决这一问题，我们提出了一种新的安全设计方法，并对其进行了详细的评估。

1. 不同核心的设计

• Aubrac核心 ：一次仅运行一个hart，无需支持多个安全域的同时执行。只需进行一些修改以支持安全域（专用指令和CSRs），并确保安全域切换后无持久痕迹。为此，专用执行单元实现了简化版的有限状态机（FSM）。由于只有时间共享，资源的释放和分配步骤合并，所有资源始终由一个安全域分配，仅在刷新周期后所有资源为空时才释放。
• Salers核心 ：两个hart同时运行，需要确保即使在空间共享的情况下也能保证安全域的安全属性。除了刷新策略，还需实现资源分配的分割和锁定策略。
  • 资源分配与释放 ：安全域切换时，对于空间共享资源，需执行分配和释放操作。为此实现了一种名为扩展资源单元的机制，负责根据收到的分配和释放请求将每个资源与一个安全域关联。例如，有专门用于算术逻辑单元（ALUs）和乘法除法单元（MULDIVs）的单元。分配后，每个资源会被标记对应的安全域和端口号，且只有空闲资源才能被分配，分配数量固定，类型可根据能力变化。安全域执行结束时，会发送释放请求以刷新和释放资源。
  • 空间共享 ：对缓存内存应用了空间分区，采用了按路级的软分区。每个路被视为不同的可分配资源，缓存收到内存请求时，会比较请求的安全域标签和每个路的标签，以确定是否可访问数据。这是一种局部锁定策略，在整个缓存层面形成分