42、绿色安全处理器：迈向高效节能的安全处理器设计

绿色安全处理器：迈向高效节能的安全处理器设计

1 研究概述

在当今的计算环境中，安全处理器的设计至关重要，但同时也面临着功耗过高的挑战。对使用安全处理器架构的功耗影响进行了深入分析，旨在找到能够在不牺牲安全性的前提下，实现性能与功耗最佳平衡的设计方案。具体贡献如下：
- 分析各种安全处理器设计中的功耗来源。
- 对不同安全处理器架构相对于无保护基础系统的功耗增加情况进行了功耗分析，并为设计提供了建议。
- 将研究扩展到嵌入式领域，发现通用领域中某些实现最佳功耗 - 性能平衡的设计决策不一定适用于嵌入式领域。
- 探索了一种新颖的混合密码引擎，该引擎结合了多种加密机制，旨在在不牺牲性能或安全性的前提下，最大程度地降低功耗开销。

2 安全处理器的功耗来源

安全处理器采用硬件机制进行内存加密和认证，以保护数据的隐私和完整性。这些机制会增加处理器的整体功耗，下面详细介绍各机制的功耗来源。

2.1 内存加密

内存加密机制用于在数据块进出处理器芯片时对其进行加密和解密，以保护数据隐私。目前，直接加密和计数器模式加密是安全处理器架构中最常用的加密形式。
- 直接加密 ：当缓存块从处理器芯片中逐出时，片上密码引擎会在将其存储到主内存之前对其进行加密。当该块从主内存重新加载时，密码引擎会在将其提供给处理器之前对其进行解密。这种加密方式会增加从主内存获取块的延迟，解密操作位于处理器的关键路径上，导致其他可能因解密延迟而闲置的处理器结构的静态功耗增加。
- 计数器模式加密 ：该机制通过将密码工作与实际数据分离，隐藏了内存