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增强SoC总线访问安全的防火墙架构方案【基于AXI总线】

? 2018年01月26日 12:28 ? 次阅读

心博天下娱乐平台 www.syycw.cn 为了增强SoC的总线访问安全,阻止非法地址的访问行为,提出了基于AXI总线的分布式安全总线防火墙架构。针对不同的任务制定了多级可动态更新的安全策略,设计了具有较低延时的高速总线防火墙接口,增加了安全更新模块来保证策略配置与更新安全,结合系统的任务管理机制实现了面向多任务处理的任务隔离机制。实验结果表明,该防火墙的传输延时小、资源消耗少,可实现任务隔离。

0 引言

随着SoC(System-on-Chip)的发展与广泛应用,SoC面临的安全威胁与攻击手段[1-2]也更为复杂,嵌入式系统安全已成为不容忽视的重要问题。由于传统的嵌入式软件防护能力较弱,具有较大的延迟,易对系统造成性能损失,因此单纯依靠软件层面的安全机制已很难有效应对层出不穷的攻击手段。

目前,已有众多学者在不修改处理器结构的基础上,提出了基于总线的硬件安全增强机制。Fiorin提出一种基于NoC(Network-on-Chip)总线的安全探针和安全管理单元的保护机制,通过安全探针监控总线数据进出信息,安全管理单元收集探针信息来检测冲突与错误。Coburn J基于AHB总线提出了SECA的安全总线结构,在各个IP模块总线接口配置了安全增强接口(Security-Enhanced Interface,SEI),同时设计了安全增强模块(Security-Enhanced Module,SEM)作为中央管控模块协调各SEI模块工作。Cotret P、Crenne J等人在Coburn研究的基础上,引入基于总线的分布式防护结构,在各IP总线接口设置局部防火墙,实现地址的访问控制,并在片外存储器接口设计了局部密码防火墙,保护重要数据的机密性和完整性。但是该方案只是对地址进行监控,在多任务处理下,单独的地址访问操作可能属于不同的任务行为,因此不能实现任务的隔离。

本文借鉴了网络防火墙的安全隔离思想与Cotret P的分布式架构,提出了基于AXI总线的分布式安全总线防火墙架构,制定了多级可动态更新的安全策略,设计了具有较低延时的高速总线防火墙接口,实现了面向多任务处理的任务隔离机制。 

1 总线防火墙架构设计

1.1 防火墙总体架构

总线防火墙部署于SoC通信链路上,介于总线与IP之间,是嵌入式系统的硬件底层安全防线。为减轻总线防火墙负载,并利用AXI总线的点对点突发传输特性,本文采用分布式的总线防火墙架构,即在每个IP接口与总线之间增加防火墙模块,如图1所示。

一种基于AXI总线的增强SoC总线访问安全的总线防火墙架构

安全总线防火墙的架构由软件层和SoC硬件架构组成。软件层运行多任务处理的嵌入式操作系统,包括安全任务与非安全任务,各个任务之间有不同的资源访问权限。

硬件层由CPU、DMA、Memory、各个IP模块组成,模块之间通过AXI总线互连。安全防火墙位于总线与IP模块之间,由防火墙接口与片上 BRAM(Block RAM)组成。防火墙接口根据BRAM的安全策略实施访问控制,其基本特征就是阻止非法地址访问,目的是实现安全任务与非安全任务的隔离。防火墙的安全性由安全策略保证,安全策略只可由安全更新模块配置与更新。

1.2 防火墙安全策略设计

安全策略存储在片上BRAM,一条策略占用一个字空间,由一个地址标识。每条策略为每个给定的物理地址空间(带下边界与上边界)设定访问权限。

安全策略根据任务分组,同一任务的策略称之为一个策略组,由任务ID寻址标识。安全策略组在上电时由安全更新模块配置,运行过程中只可由安全更新模块更新,是一个可信区域。

面对复杂的SoC系统,安全策略数量众多,策略存储会占用大量的存储空间。为减少策略存储空间,本文提出策略组间白名单、组内黑名单的混合存储策略。策略组存储采取白名单策略,只有在白名单之列的任务可以访问该模块,否则直接拒绝访问,具有更高的安全性。安全策略组内采用黑名单存储策略,不在黑名单中的访问行为默认可读可写,直接允许。

为了增加安全策略的安全性与灵活性,本文设计了多级可动态更新的安全策略。安全策略设定3个安全等级:正常级别、警告级别、错误级别。正常级别为系统初始化后的各模块的安全级别,表示系统任务处于正常状态。警告级别表示系统出现了非法访问行为,并禁止该危险任务对该模块的所有访问权限。错误级别表示出现了较为严重的安全威胁,系统所有任务的访问都将禁止,只有关机重启有效。安全级别的更新是发生访问违规后作出的反应行为。当非关键任务出现访问违规时,则将其安全级别由正常级别提升为警告级别;当关键任务出现访问违规时,则将正常级别直接跳跃提升为错误级别,强制终止系统运行。

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随着超大规模集成电路工艺的发展,人类已经进入了超深亚微米时代。先进的工艺使得人们能够把包括处理器、存...

发表于 2017-12-26 10:59 ? 2555次阅读
关于SoC组成部分之一的嵌入式存储器,这些技术原...

基于LTC6804-2的锂电池SOC应用研究

本文以 LTC6804—2芯片为锂 电池 电压采集控制芯片 ,使用霍尔传感器采集充放 电电流,使用 ...

发表于 2017-12-21 16:27 ? 571次阅读
基于LTC6804-2的锂电池SOC应用研究

高通、三星、华为发表了最新的系统单芯片产品来抢争...

2017年接近尾声时,高通(Qualcomm)、三星电子(Samsung Electronics)、...

发表于 2017-12-21 09:16 ? 1507次阅读
高通、三星、华为发表了最新的系统单芯片产品来抢争...

三星聚焦非存储器的SOC发展 代工业务是新业务成...

据悉,三星在未来的半导体业务上将会侧重在非存储器产品及代工业务上为主。希望能增加在单芯片系统产品上的...

发表于 2017-12-20 11:59 ? 178次阅读
三星聚焦非存储器的SOC发展 代工业务是新业务成...

瑞萨电子和Dibotics推出基于R-Car S...

开放的LiDAR解决方案将扩展Renesas autonomy? Platform,其演示方案将亮相...

发表于 2017-12-19 10:33 ? 2630次阅读
瑞萨电子和Dibotics推出基于R-Car S...

soc芯片上市公司汇总分析

主要是对soc芯片上市公司汇总分析,以及半导体设计芯片核心技术提供商的介绍。SoC芯片是一种集成电路...

发表于 2017-12-13 13:41 ? 2381次阅读
soc芯片上市公司汇总分析

soc芯片供应商整理盘点

soc芯片供应商整理盘点。百亿级庞大蓝海已现,国内外厂商纷纷发力物联网芯片。目前主要包括安全芯片、移...

发表于 2017-12-13 12:01 ? 763次阅读
soc芯片供应商整理盘点

手机soc芯片排行榜

手机soc芯片排行榜,知名评测机构鲁大师对外发布了一份数据,公布了2017年一季度各款手机芯片的性能...

发表于 2017-12-13 11:41 ? 1096次阅读
手机soc芯片排行榜

基于CC2430的无线通信硬件模块设计

随着微电子技术、汁算技术和无线通信等技术的进步,无线传感器网络被列为21世纪最有影响的21项技术和改...

发表于 2017-12-12 02:49 ? 103次阅读
基于CC2430的无线通信硬件模块设计

基于AXI总线的DMA控制器的设计

一般而言,DMA控制器的功能与结构是由本单位特定的系统结构决定的。但是作为IP而言,DMA控制器又要...

发表于 2017-12-07 15:48 ? 301次阅读
基于AXI总线的DMA控制器的设计

soc低功耗设计技术有哪些?汇总分析

SoC的定义多种多样,由于其内涵丰富、应用范围广,很难给出准确定义。一般说来, SoC称为系统级芯片...

发表于 2017-12-03 09:34 ? 355次阅读
soc低功耗设计技术有哪些?汇总分析

基于ZYNQ AP SoC的安全驾驶系统设计与实...

疲劳驾驶和酒驾是严重的交通违法行为,驾驶员疲劳行车时,会造成反应迟钝、困倦、四肢无力,不能及时发现路...

发表于 2017-12-01 15:24 ? 249次阅读
基于ZYNQ AP SoC的安全驾驶系统设计与实...

CMOS技术缓解了RF电路在SoC中的集成挑战

随着半导体制造能力允许在单块芯片上集成数千门逻辑电路,系统级芯片(SoC)开始占据未来IC技术的中心...

发表于 2017-11-25 14:32 ? 217次阅读
CMOS技术缓解了RF电路在SoC中的集成挑战

基于FPGA的Soc原型设计

当前SoC是从算法研究人员到硬件设计人员,乃至软件工程师和芯片布局团队等众多专家的工作结晶,在项目不...

发表于 2017-11-24 17:04 ? 196次阅读
基于FPGA的Soc原型设计

简化SoC开发,直击芯片设计那些痛点!

此项最新合作进一步扩展了UltraSoC与Microsemi的长期合作关系,UltraSoC的嵌入式...

发表于 2017-11-24 14:46 ? 3750次阅读
简化SoC开发,直击芯片设计那些痛点!

基于FPGA的嵌入式SoC数字显示系统

系统级芯片(SoC)解决方案被誉为半导体业最重要的发展之一,目前,从数字手机和数字电视等消费类电子产...

发表于 2017-11-24 08:24 ? 344次阅读
基于FPGA的嵌入式SoC数字显示系统

如何定制基于Cortex-M0/M3免费内核的自...

活动主题 如何定制基于Cortex-M0/M3免费内核的自主SoC M0/M3免授权费+第三方设计服...

发表于 2017-11-21 15:14 ? 1996次阅读
如何定制基于Cortex-M0/M3免费内核的自...

如何定制基于Cortex-M0/M3免费内核的自...

创易栈将联合Arm中文社区、电子发烧友举办“如何定制基于Cortex-M0/M3 免费内核的自主So...

发表于 2017-11-21 14:55 ? 0次阅读
如何定制基于Cortex-M0/M3免费内核的自...

如何定制基于Cortex-M0/M3免费内核的自主SoC ——M0/M3免授权费+第三方设计服务=自主SoC

发表于 2017-11-16 11:34 ? 2997次阅读
如何定制基于Cortex-M0/M3免费内核的自主SoC ——M0/M3免授权费+第三方设计服务=自主SoC

【STM32L476 Nucleo试用体验】电池SOC检测

发表于 2017-10-15 17:52 ? 519次阅读
【STM32L476 Nucleo试用体验】电池SOC检测

将de1 soc中i2c2 设置为fpga后无法正常工作

发表于 2017-09-09 09:37 ? 435次阅读
将de1 soc中i2c2 设置为fpga后无法正常工作