[發(fā)明專利]適用于功能和信息安全芯片的CPU指令保護(hù)方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010564515.X
• 申請(qǐng)日: 2020-06-19
• 公開（公告）號(hào): CN111475868B
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京芯馳半導(dǎo)體科技有限公司
• 主分類號(hào): G06F21/71
• 分類號(hào): G06F21/71
• 代理公司: 北京德崇智捷知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11467
• 代理人: 王雪

1.一種適用于功能安全和信息安全的芯片的CPU指令保護(hù)方法，其特征在于，在向指令存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)指令時(shí)，按照以下步驟進(jìn)行指令編碼：

將需要存儲(chǔ)的原始指令與編碼隨機(jī)值進(jìn)行編碼運(yùn)算，將編碼運(yùn)算所獲得的編碼指令值存儲(chǔ)在指令存儲(chǔ)單元中；

其中，所述編碼隨機(jī)值為預(yù)先獲得的初始值，或所述編碼隨機(jī)值為按照散列函數(shù)對(duì)上一條原始指令以及上一條原始指令所對(duì)應(yīng)的編碼隨機(jī)值進(jìn)行計(jì)算而獲得，并且，指令編碼過程中，僅對(duì)程序中的首條原始指令，或程序中各分支所匯合的原始指令，或程序中函數(shù)調(diào)用的首條原始指令，采用預(yù)先獲得的初始值作為編碼隨機(jī)值進(jìn)行編碼運(yùn)算而獲得編碼指令值；

在讀取指令后，按照以下步驟進(jìn)行指令解碼：

將讀取指令存儲(chǔ)單元所獲得的編碼指令值與解碼隨機(jī)值進(jìn)行解碼運(yùn)算，得到解碼后指令；

其中，所述解碼隨機(jī)值為預(yù)先獲得的初始值，或所述解碼隨機(jī)值為按照散列函數(shù)對(duì)上一條解碼后指令以及上一條解碼后指令所對(duì)應(yīng)的解碼隨機(jī)值進(jìn)行計(jì)算而獲得，并且，指令解碼過程中，僅對(duì)程序中的首條編碼指令值，或程序中各分支所匯合的編碼指令值，或程序中函數(shù)調(diào)用的首條編碼指令值，采用預(yù)先獲得的初始值作為解碼隨機(jī)值進(jìn)行解碼運(yùn)算而獲得解碼后指令；

其中，所述編碼運(yùn)算和所述解碼運(yùn)算互為逆運(yùn)算；

在所述解碼后指令執(zhí)行完成后按照以下步驟校驗(yàn)所述解碼后指令是否正確：

在所述解碼后指令執(zhí)行完成后進(jìn)行指令編碼，比較其進(jìn)行指令編碼所獲得的結(jié)果是否與指令存儲(chǔ)單元中所存儲(chǔ)的編碼指令值相同，若相同則確認(rèn)所述解碼后指令正確，若不同則表示存在異常。

2.如權(quán)利要求1所述的適用于功能安全和信息安全的芯片的CPU指令保護(hù)方法，其特征在于，所述散列函數(shù)的輸出長(zhǎng)度至少達(dá)到單條原始指令的最大長(zhǎng)度。

3.如權(quán)利要求2所述的適用于功能安全和信息安全的芯片的CPU指令保護(hù)方法，其特征在于，若散列函數(shù)的輸出長(zhǎng)度與需要編碼的原始指令的長(zhǎng)度不同，則：

在向指令存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)指令時(shí)，截取散列函數(shù)所輸出的隨機(jī)數(shù)中的固定位作為編碼隨機(jī)值，用于對(duì)需要編碼的原始指令進(jìn)行指令編碼；并對(duì)應(yīng)在讀取指令后，截取散列函數(shù)所輸出的隨機(jī)數(shù)中同樣的固定位作為解碼隨機(jī)值，用于對(duì)讀取到的編碼指令值進(jìn)行指令解碼。

4.如權(quán)利要求1所述的適用于功能安全和信息安全的芯片的CPU指令保護(hù)方法，其特征在于，指令解碼過程中，對(duì)程序中函數(shù)調(diào)用前的最后一條編碼指令值還將其所對(duì)應(yīng)的解碼后指令和/或解碼隨機(jī)值保存至堆棧中；

在該函數(shù)調(diào)用結(jié)束后，調(diào)取堆棧中所保存的解碼后指令和/或解碼隨機(jī)值對(duì)下一條編碼指令值進(jìn)行指令解碼。

5.如權(quán)利要求1所述的適用于功能安全和信息安全的芯片的CPU指令保護(hù)方法，其特征在于，所述散列函數(shù)包括：哈希函數(shù)、循環(huán)冗余校驗(yàn)函數(shù)中的任意一種或其組合；

所述編碼運(yùn)算為異或運(yùn)算，所述解碼運(yùn)算對(duì)應(yīng)選擇為異或運(yùn)算。

6.如權(quán)利要求1所述的適用于功能安全和信息安全的芯片的CPU指令保護(hù)方法，其特征在于，所述編碼隨機(jī)值或解碼隨機(jī)值所對(duì)應(yīng)的預(yù)先獲得的初始值由保護(hù)開始指令設(shè)定；

所述保護(hù)開始指令在指令編碼過程中，由編碼器插入至程序中的首條原始指令之前，或插入至程序中各分支所匯合的原始指令之前，或插入至程序中函數(shù)調(diào)用的首條原始指令之前；

所述保護(hù)開始指令在指令解碼過程中，由譯碼器插入至程序中的首條編碼指令值，或插入至程序中各分支所匯合的編碼指令值，或插入至程序中函數(shù)調(diào)用的首條編碼指令值之前；

所述保護(hù)開始指令本身不參與與編碼隨機(jī)值或解碼隨機(jī)值進(jìn)行的編碼運(yùn)算或解碼運(yùn)算。

7.一種適用于功能安全和信息安全的芯片的CPU指令保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，包括：

編碼器，其在向指令存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)指令時(shí)，按照以下步驟進(jìn)行指令編碼：將需要存儲(chǔ)的原始指令與編碼隨機(jī)值進(jìn)行編碼運(yùn)算，將編碼運(yùn)算所獲得的編碼指令值存儲(chǔ)在指令存儲(chǔ)單元中；

其中，所述編碼隨機(jī)值為預(yù)先獲得的初始值，或所述編碼隨機(jī)值為按照散列函數(shù)對(duì)上一條原始指令以及上一條原始指令所對(duì)應(yīng)的編碼隨機(jī)值進(jìn)行計(jì)算而獲得，并且，指令編碼器中，僅對(duì)程序中的首條原始指令，或程序中各分支所匯合的原始指令，或程序中函數(shù)調(diào)用的首條原始指令，采用預(yù)先獲得的初始值作為編碼隨機(jī)值進(jìn)行編碼運(yùn)算而獲得編碼指令值；

譯碼器，其在讀取指令后，按照以下步驟進(jìn)行指令解碼：將讀取指令存儲(chǔ)單元所獲得的編碼指令值與解碼隨機(jī)值進(jìn)行解碼運(yùn)算，得到解碼后指令；

其中，所述解碼隨機(jī)值為預(yù)先獲得的初始值，或所述解碼隨機(jī)值為按照散列函數(shù)對(duì)上一條解碼后指令以及上一條解碼后指令所對(duì)應(yīng)的解碼隨機(jī)值進(jìn)行計(jì)算而獲得，并且，指令解碼器中，僅對(duì)程序中的首條編碼指令值，或程序中各分支所匯合的編碼指令值，或程序中函數(shù)調(diào)用的首條編碼指令值，采用預(yù)先獲得的初始值作為解碼隨機(jī)值進(jìn)行解碼運(yùn)算而獲得解碼后指令；

在所述解碼后指令執(zhí)行完成后還按照以下步驟校驗(yàn)所述解碼后指令是否正確：

在所述解碼后指令執(zhí)行完成后進(jìn)行指令編碼，比較其進(jìn)行指令編碼所獲得的結(jié)果是否與指令存儲(chǔ)單元中所存儲(chǔ)的編碼指令值相同，若相同則確認(rèn)所述解碼后指令正確，若不同則表示存在異常。