[发明专利]抗干预微处理器

说明书

本发明涉及可以在多任务程序执行环境下防止非法变更执行码和非法处理目标数据的微处理器。

最近几年，微处理器的性能得到显著改善，以致微处理器除了具有传统的诸如计算和图形功能外，还可以实现对视频图像和音频声音的再生和编辑。通过在为最终用户设计的系统(以下简称：PC)中实现这种微处理器，用户可以在监视器上欣赏各种视频图像和音频声音。此外，通过将PC的再生视频图像和音频声音的功能与计算能力相结合，可以改善对游戏等的适用性。这种微处理器不是专为某种特定硬件设计的而是可以在各种硬件中实现，因此其优势在于，通过简单更换执行程序的微处理器，已经拥有PC的用户花费不多就可以欣赏视频图像和音频声音的再生和编辑。

如果在PC上处理视频图像和音频声音，就会产生原始图像和音乐的版权保护问题。在MD或数字视频重放装置中，通过在这些装置中事先实现防止非法复制的机制，可以防止无限复制。虽然这种装置还在制造，但是试图通过拆除或改变这些装置来进行非法复制的情况却很少，而且世界范围内的趋势是通过法律禁止制造和销售为了进行非法复制能够改变的装置。因此，由于基于硬件进行非法复制造成的损害并不很严重。

然而，在PC上对图像数据和音乐数据进行处理是通过软件进行的而不是通过硬件进行的，并且最终用户可以在PC上随意改变软件。即，如果用户具有某些知识，则通过分析程序并重写可执行软件，可以非常容易地进行非法复制。此外，不同于硬件的问题是，这样产生的用于非法复制的软件可以通过诸如网络的各种媒体迅速传播。

为了解决这些问题，用于再生诸如商业电影或音乐的版权保护内容的PC软件，传统上采用一种通过对软件进行加密防止分析和变更的技术。这种技术就是抗干预软件(参考David Aucsmith等人在Proceedings of the 1996 Intel Software Developer＇s Conference上发表的“Tamper Resistant Software:An Implementation”)。

在防止通过PC向用户提供的有价值信息(不仅包括视频数据和音频数据而且包括文本和技术诀窍)的非法复制方面，以及在防止PC软件本身的技术诀窍被分析方面，抗干预软件技术仍然有效。

然而，抗干预软件技术是一种，通过在开始执行程序之前对要求保护的程序的一部分进行加密，在执行该部分之前对该部分立即进行解密并在该部分执行完毕后立即对该部分再加密，使得难于利用诸如反汇编程序或调试程序的软件工具进行分析。因此，只要处理器可以执行该程序，通过从程序的启动处开始一步一步进行分析总可以对程序进行分析。

此事实成为版权所有人向系统提供版权保护内容用于利用PC再生视频数据和音频数据的障碍。

在这方面，其它抗干预软件应用程序也易受攻击，并且此事实成为通过PC进行高级信息服务和将含有企业或个人技术诀窍的程序应用到PC的障碍。

总之，在软件保护方面同样存在这些问题，此外，PC是开放式平台，因此存在通过变更被确定为系统软件配置基础的操作系统(OS)进行攻击问题。换句话说，通过使用属于OS的特权，怀有恶意的熟练用户可以变更其自有PC的OS来废除或分析插入到应用程序内的版权保护机制。

当前的OS通过利用对存储器的特权操作功能和CPU中提供的特权执行控制功能，在计算机的控制下进行资源管理和资源使用仲裁。管理的目标包括传统目标(例如：设备、CPU和存储资源)以及网络层或应用层QoS(服务质量)。尽管如此，资源管理的基础仍然是对执行程序所需的资源进行配置。换句话说，分配CPU时间来执行此程序并将分配执行程序所需的存储空间是资源管理的基础。通过控制实现访问这些资源的程序的执行(通过分配CPU的时间和存储空间)，对其它设备、网络和应用层服务质量Qos进行控制。

OS具有执行CPU时间分配和存储空间分配的特权。换句话说，为了对CPU分配时间，OS具有在任意时间中断并重新启动应用程序的特权并具有在任意时间将分配到应用程序的存储空间的内容转移到不同分层的存储空间的特权。(通常)通过利用应用程序的不同访问速度和访问能力隐匿分层存储系统，将分配到应用程序的存储空间的内容转移到不同分层的存储空间的特权还用于为应用程序提供平面存储器空间。

使用这两种特权，OS可以中断应用程序的执行状态并在任意时间对它进行快速转储，并且在对它进行拷贝或重写之后重新启动它。此功能还可以被用作分析隐藏在应用程序内的秘密的工具。