2、硬件沙箱：系统级芯片中对抗硬件木马的新范式

硬件沙箱：系统级芯片中对抗硬件木马的新范式

1. 引言

在现代系统级芯片（SoC）设计中，第三方知识产权（IP）核心的使用已经成为不可或缺的一部分。这些IP核心和现成的组件（COTS）能够帮助工程师应对系统复杂性，减少成本和缩短产品上市时间。然而，随着IP设计和集成电路（IC）生产过程的全球化，越来越多的设计和制造环节被外包给非可信的设施，这为硬件木马的插入提供了机会。

硬件木马是指嵌入在IC中的恶意电路，可以在特定条件下激活并对系统造成损害。传统的木马检测方法主要集中在静态测试，如密集的模拟、验证和物理测试，但在实际应用中，这些方法存在局限性。首先，复杂的IP和SoC需要大量的测试模式来激活潜在的木马，这增加了测试时间和成本。其次，静态测试无法检测到所有类型的木马，尤其是在木马被巧妙隐藏的情况下。

为了解决这些问题，本文提出了一种新的方法——硬件沙箱（Hardware Sandboxing），用于在运行时检测和缓解硬件木马的危害。硬件沙箱通过将非可信组件隔离在沙箱中，提供虚拟化资源，并使用检查器实时监控这些组件的行为，从而确保系统的安全性。

2. 硬件沙箱的基本概念

硬件沙箱的概念借鉴了软件领域的沙箱技术，旨在为非可信代码提供一个隔离的执行环境，防止其对系统其他部分造成损害。在SoC中，硬件沙箱将非可信IP和COTS组件置于一个受控的环境中，通过以下方式增强系统的安全性：

• 隔离 ：将非可信组件与系统其他部分隔离开来，防止直接访问物理资源。
• 虚拟资源 ：为非可信组件提供虚拟化的资源，如虚拟UART、虚拟U