[发明专利]安全微处理器

说明书

本发明提出了一种微处理器，内置有高速缓存Cache和内存控制器，在所述Cache与内存控制器之间的读通道上配置有内存保护组件；所述内存保护组件用于审核从内存提取到Cache的上行数据。本发明在微处理器的核内配置内存保护组件，通过对从内存提取到Cache的过程中实现对上行数据的审核，解决现有安全处理器内部缺少安全机制的问题。

技术领域

本发明属于计算机安全领域，尤其涉及一种具有核内内存保护机制的安全微处理器。

背景技术

随着近年来计算机和智能终端的广泛普及，以及互联网技术的高速发展，设备安全的问题也更是日益凸显。而处理器作为计算设备的关键核心，处理器的安全问题将严重影响整个计算设备的安全性。

目前，针对处理器的安全技术主要有硬件虚拟化技术和TrustZone技术。例如Intel、AMD等CPU厂商，利用硬件虚拟化技术来实现CPU的安全；硬件虚拟化技术是一种基于指令调度权限管理和控制的安全机制，如虚拟机监视器(VMM，Virtual Machine Monitor，也被称为Hypervisor)，专指在使用硬件虚拟化技术时创建出的特权层，该层提供给虚拟机开发者，用来实现虚拟硬件与真实硬件的通信和事件处理，VMM的权限级别要大于操作系统的权限。如图1所示，在Intel虚拟化技术架构中，VMM的权限可被视为处于ring-1级。ARM架构CPU的TrustZone技术，为用户模式和特权模式引入了安全状态标识和判断机制，以决定系统是运行在非安全的“普通”执行环境下，还是运行在安全可信任的“安全”环境下。安全监控器(Monitor)控制着安全与“普通”环境之间的转换，图2为TrustZone模式下两个并行安全环境的示意图。

但无论是Intel硬件虚拟化技术，还是ARM的TrustZone技术，本质上都是基于度量验证和安全执行环境构建，无法做到在CPU运行时直接干预CPU核心流水线上的指令执行的实时控制，缺少安全机制直接参与核心流水线的CPU架构。

发明内容

有鉴于此，本发明的一个目的是提出一种具有核内内存保护机制的安全微处理器，以解决现有安全处理器内部缺少安全机制的问题。

在一些说明性实施例中，所述微处理器，内置有高速缓存Cache和内存控制器，在所述Cache与内存控制器之间的读通道上配置有内存保护组件；所述内存保护组件用于审核从内存提取到Cache的上行数据。

在一些优选地实施例中，所述内存保护组件包括：读通道控制单元和审核单元；所述控制单元，配置在所述Cache与内存控制器之间的读通道上，且与所述审核单元连接，用于在所述读通道上拦截上行数据，将其送入所述审核单元进行审核；以及将携带审核结果的上行数据送回所述读通道；所述审核单元，用于审核所述上行数据，将该上行数据及其审核结果送回所述控制单元。

在一些优选地实施例中，所述内存保护组件还配置有用于存放需要保护的内存地址的审核表；所述审核单元被配置访问所述审核表，依据所述审核表中的保护地址审核所述上行数据，判断所述上行数据是否来自受保护的内存区域。

在一些优选地实施例中，所述Cache中的每个条目被配置具有扩展标志位；所述扩展标志位用于存储所述审核结果；所述审核结果为禁写标记或无效标记；其中，所述禁写标记用于指示该Cache条目位置处禁止被写回。

在一些优选地实施例中，所述审核表存放在片内缓冲区Buffer中。

在一些优选地实施例中，所述微处理器还内置有处理器核心；在所述处理器核心与所述Cache之间的写通道上配置有写回控制单元；所述写回控制单元用于识别所述Cache条目中的禁写标记，禁止具有禁写标记的Cache条目被所述处理器核心写回。

在一些优选地实施例中，所述内存保护组件为读内存保护组件；在所述Cache与所述内存控制器之间的写通道上还配置有写内存保护组件；所述写内存保护组件用于审核从Cache写回到内存的下行数据。