使用 Morello 架構(gòu)通過硬件功能實(shí)現(xiàn)的增強(qiáng)數(shù)字安全性

自 2019 年以來，Arm 的實(shí)驗(yàn)性 CHERI 支持的 Morello 處理器、SoC 和主板的開發(fā)得到了英國政府研究與創(chuàng)新機(jī)構(gòu) UKRI 的支持。2022 年 1 月，Arm 宣布了該計(jì)劃的一個(gè)重要里程碑，推出了其 Morello 片上系統(tǒng)和演示板。Morello 原型板現(xiàn)已發(fā)布，可供軟件開發(fā)人員和安全專家開始使用 Morello 架構(gòu)來展示可以通過硬件功能實(shí)現(xiàn)的增強(qiáng)安全性。

要了解更多有關(guān)此背景的信息以及 UKRI 領(lǐng)導(dǎo)的倡議，我們?cè)诒炯信c領(lǐng)導(dǎo) UKRI 的數(shù)字安全設(shè)計(jì) (DSbD) 倡議的 John Goodacre 進(jìn)行了交談。作為 DSbD 的挑戰(zhàn)總監(jiān)，John 是業(yè)內(nèi)資深人士，并且是曼徹斯特大學(xué)計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)教授。在此之前，他在 Arm 工作了將近 18 年，他的成就包括設(shè)計(jì)和推出 ARM MPCore 多核處理器及相關(guān)技術(shù)，這些技術(shù)使當(dāng)今的智能手機(jī)成為可能，并成為未來數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的基礎(chǔ)。

我們通過設(shè)計(jì)獲得的數(shù)字安全基本上是政府的一項(xiàng)舉措，他們?cè)噲D建立一個(gè)更安全的未來?，F(xiàn)在，很明顯，根據(jù)我在 Arm 的歷史，回到 2018 年，我認(rèn)為，我們向他們提議，作為他們 ICF 計(jì)劃的一部分，該行業(yè)面臨著在數(shù)字領(lǐng)域引入根本性新技術(shù)的挑戰(zhàn)，這意味著什么那就是計(jì)算機(jī)處理器，計(jì)算機(jī)上的中央處理器，幾十年來基本上看起來都一樣，具體的內(nèi)容無法改變，因?yàn)轱@然供應(yīng)商已經(jīng)設(shè)法圍繞新指令集添加了很多東西，諸如此類的事情。

但它中間的基本模型幾十年來一直是一樣的。由于人們已經(jīng)擁有的軟件數(shù)量龐大，我們?cè)趦r(jià)值鏈的一個(gè)部分可以做的事情與另一部分的好處之間存在政府所說的市場失靈。

顯然，對(duì)于政府而言，網(wǎng)絡(luò)安全是非常重要的事情。我相信人們都知道 NCSC、網(wǎng)絡(luò)安全中心以及他們?cè)谀抢镩_展的所有其他活動(dòng)。因此，該計(jì)劃基本上是由 Arm 牽頭與其他行業(yè)供應(yīng)商(微軟、谷歌、許多其他英國公司和大學(xué))提出的一項(xiàng)要求，也就是說，我們需要從根本上改變計(jì)算機(jī)的工作方式。然后到 2019 年，中央政府提供了 7000 萬英鎊的資助機(jī)會(huì)。它得到了價(jià)值約 1.2 億英鎊的工業(yè)投資的支持，基本上，我們創(chuàng)建了一個(gè)項(xiàng)目，我們可以幫助工業(yè)界和學(xué)術(shù)界轉(zhuǎn)移一些在劍橋大學(xué)研究了近十年的技術(shù)，稱為 CHERI，所以一些看起來可能成為主流并且可以被采納，它對(duì)主流處理器的適用性如何，我們談到了原型硬件的發(fā)布。所以基本上，它是解除阻塞的。

因此，數(shù)字安全設(shè)計(jì)是一項(xiàng)旨在幫助構(gòu)建安全未來的政府舉措。

現(xiàn)在很明顯，當(dāng)今世界的運(yùn)作方式是他們?cè)噲D防止漏洞。如您所知，存在各種類型的漏洞?？赡艽嬖阱e(cuò)誤、默認(rèn)密碼、系統(tǒng)構(gòu)建方式。Log4j 是一個(gè)很好的例子，它基本上是一個(gè)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，而 Heartbleed 是代碼中的一個(gè)實(shí)際錯(cuò)誤，這就是所謂的內(nèi)存安全問題。并且默認(rèn)構(gòu)建一些安全的東西并不能阻止錯(cuò)誤。你可以在零信任和所有其他事情上投入大量精力，你可以運(yùn)行所有最新的最強(qiáng)大的監(jiān)控、分析和人工智能工具。

但是可能性，我很難找到任何人可以說軟件中從來沒有錯(cuò)誤。微軟對(duì)他們過去五年多的錯(cuò)誤進(jìn)行了一些分析，這些持續(xù)存在的漏洞中大約 70% 是所謂的內(nèi)存安全，如果我們?nèi)匀豢吹竭@數(shù)百個(gè)漏洞，那么這就會(huì)把我們拉回到設(shè)計(jì)上的安全性，如果不是仍然有成千上萬的錯(cuò)誤和漏洞?

現(xiàn)在安全設(shè)計(jì)實(shí)際上是說系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不會(huì)失敗，因?yàn)樗粫?huì)被利用。它的設(shè)計(jì)方式甚至可以阻止漏洞被利用。

現(xiàn)在業(yè)界有一些很好的例子，人們使用不可克隆的功能查看他們的安全啟動(dòng)機(jī)制，基本上說你無法啟動(dòng)這個(gè)設(shè)備，它是硬件，它是系統(tǒng)定義的一根電線一種機(jī)制，表明您無法啟動(dòng)意外的東西。

現(xiàn)在，很明顯，一旦你運(yùn)行軟件，進(jìn)程本身就沒有能力阻止漏洞被利用。顯然，有一些安全語言的概念，或者像 Rust 這樣的內(nèi)存安全語言。但它們并沒有涵蓋從根本上“在這方面是否安全”的整個(gè)過程。無論它們是語言或操作系統(tǒng)中的顯式指針，還是有人正在創(chuàng)建指針，插入代碼或后門的病毒都已創(chuàng)建。它幾乎可以訪問全部內(nèi)存。

是的，在當(dāng)今的計(jì)算機(jī)中有非常粗糙的保護(hù)等級(jí)，你知道，內(nèi)核，用戶。就虛擬機(jī)而言，您可能有一些機(jī)密計(jì)算。但實(shí)際上，一旦您處于有時(shí)可能具有特權(quán)操作的應(yīng)用程序中，您就會(huì)遇到漏洞。這個(gè)過程并不是設(shè)計(jì)來阻止你的，而這正是 DSbD 技術(shù)試圖解決的問題。他們?cè)噲D說，“看，我們能不能改變計(jì)算機(jī)的方式——這些計(jì)算機(jī)是在 60 年代設(shè)計(jì)的，研究人員在 70 年代說這些計(jì)算機(jī)是可利用的——為什么還沒有被修復(fù)?

這就是我們的項(xiàng)目所圍繞的，與 Arm、微軟、谷歌和其他英國公司和學(xué)術(shù)界合作來解決這個(gè)問題。