使用 Morello 架構(gòu)通過硬件功能實現(xiàn)的增強數(shù)字安全性

自 2019 年以來，Arm 的實驗性 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)新機構(gòu) UKRI 的支持。2022 年 1 月，Arm 宣布了該計劃的一個重要里程碑，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現(xiàn)的增強安全性。

要了解更多有關(guān)此背景的信息以及 UKRI 領(lǐng)導的倡議，我們在本集中與領(lǐng)導 UKRI 的數(shù)字安全設(shè)計 (DSbD) 倡議的 John Goodacre 進行了交談。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計算機體系結(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)計和推出 ARM MPCore 多核處理器及相關(guān)技術(shù)，這些技術(shù)使當今的智能手機成為可能，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)計獲得的數(shù)字安全基本上是政府的一項舉措，他們試圖建立一個更安全的未來?，F(xiàn)在，很明顯，根據(jù)我在 Arm 的歷史，回到 2018 年，我認為，我們向他們提議，作為他們 ICF 計劃的一部分，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算機處理器，計算機上的中央處理器，幾十年來基本上看起來都一樣，具體的內(nèi)容無法改變，因為顯然供應(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，我們在價值鏈的一個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)安全中心以及他們在那里開展的所有其他活動。因此，該計劃基本上是由 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)提出的一項要求，也就是說，我們需要從根本上改變計算機的工作方式。然后到 2019 年，中央政府提供了 7000 萬英鎊的資助機會。它得到了價值約 1.2 億英鎊的工業(yè)投資的支持，基本上，我們創(chuàng)建了一個項目，我們可以幫助工業(yè)界和學術(shù)界轉(zhuǎn)移一些在劍橋大學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)計是一項旨在幫助構(gòu)建安全未來的政府舉措。

現(xiàn)在很明顯，當今世界的運作方式是他們試圖防止漏洞。如您所知，存在各種類型的漏洞。可能存在錯誤、默認密碼、系統(tǒng)構(gòu)建方式。Log4j 是一個很好的例子，它基本上是一個設(shè)計錯誤，而 Heartbleed 是代碼中的一個實際錯誤，這就是所謂的內(nèi)存安全問題。并且默認構(gòu)建一些安全的東西并不能阻止錯誤。你可以在零信任和所有其他事情上投入大量精力，你可以運行所有最新的最強大的監(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誤。微軟對他們過去五年多的錯誤進行了一些分析，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)百個漏洞，那么這就會把我們拉回到設(shè)計上的安全性，如果不是仍然有成千上萬的錯誤和漏洞?

現(xiàn)在安全設(shè)計實際上是說系統(tǒng)的設(shè)計不會失敗，因為它不會被利用。它的設(shè)計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機制，基本上說你無法啟動這個設(shè)備，它是硬件，它是系統(tǒng)定義的一根電線一種機制，表明您無法啟動意外的東西。

現(xiàn)在，很明顯，一旦你運行軟件，進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，在當今的計算機中有非常粗糙的保護等級，你知道，內(nèi)核，用戶。就虛擬機而言，您可能有一些機密計算。但實際上，一旦您處于有時可能具有特權(quán)操作的應(yīng)用程序中，您就會遇到漏洞。這個過程并不是設(shè)計來阻止你的，而這正是 DSbD 技術(shù)試圖解決的問題。他們試圖說，“看，我們能不能改變計算機的方式——這些計算機是在 60 年代設(shè)計的，研究人員在 70 年代說這些計算機是可利用的——為什么還沒有被修復(fù)?

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