摘要
针对我国工控领域的信息安全需求，面对逻辑缺陷的攻击传统安全机制很难进行有效应对，安全防护手段在终端上缺乏主动控制。为防御外部威胁，可信计算3.0提出主动防御理念，可信芯片作为主动免疫防御体系的可信计算节点，是实现可信防护功能的关键部件，能依靠可信密码模块中的国密算法，对外部设备提供完整性度量、信息加解密等功能。为实现可信芯片的可信主动逻辑控制功能，采用微处理器作为运算控制单元，在现有处理器架构中，RISC-V架构生态配套丰富且开源，拥有模块化的指令集，用户可以根据需求选择不同的模块相组合。因此，利用FPGA开发一款基于RISC-V架构处理器的可信芯片具有重要价值和意义。 自主设计32位RISC-V软核处理器作为可信芯片的可信控制单元，支持RV32I指令集，采用六级流水线的方式，解决流水线冒险问题。在可信密码模块中以硬件方式实现了SM-3、SM-4国密算法和真随机数发生器，提高了其加解密的安全性和运算速度，以软件的形式实现了SM-2非对称密码算法。 对可信芯片板卡进行测试验证，处理器内核部分进行了功能仿真，结果表明各级流水线功能正常。在时钟为50MHz频率下，运行Coremark/MHz测试程序，性能优于同类设计。通过EDA工具将处理器软核烧录到XilinxXC7A200T的FPGA上进行原型验证，通过PCIe接口将可信芯片板卡连接至国产飞腾D2000主板，在麒麟Linux的桌面操作系统环境下，编译并加载驱动文件，编写并编译Demo程序，对其中的SM-3、SM-4及SM-2加解密功能进行验证，实现了其对数据的加解密操作。综合结果表明，该可信芯片板卡能完成对宿主机的通信连接以及数据的加解密，可实现对宿主机的完整性度量。
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