[发明专利]基于流水线结构的安全处理器

说明书

本发明提出了一种安全处理器，该安全处理器的内部设置有流水线结构的处理器核心，在核心流水线上设置有与所述核心流水线并行工作的旁路审核逻辑电路；所述旁路审核逻辑电路用于对所述核心流水线上处理的指令进行审核，并利用审核结果判定该指令在所述核心流水线上是否允许提交。本发明的实施例提出了新型处理器架构，实现了直接干预核心流水线的安全处理器，安全处理器的运行提高了计算设备的安全性；并且旁路设置审核单元以保证处理器运行的高效性。

技术领域

本发明属于计算机安全领域，尤其涉及一种配置有安全机制流水线的安全处理器。

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。

处理器，主要分为中央处理器(CPU，Central Processing Unit)和图形处理器(GPU，Graphic Processing Unit)，由于主流的CPU和GPU都是基于流水线结构的处理器，其处理器结构是比较相似的，只是处理器不同类型的数据，而且很多厂商会将CPU和GPU放在一个芯片上进行流片，因此后文将统一以CPU进行论述。

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安全处理器，以解决现有技术中无法做到在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架构的问题。

在一些说明性实施例中，所述安全处理器，其内部设置有流水线结构的处理器核心，在核心流水线上设置有与所述核心流水线并行工作的旁路审核逻辑电路；所述旁路审核逻辑电路用于对所述核心流水线上处理的指令进行审核，并利用审核结果判定该指令在所述核心流水线上是否允许提交。

在一些优选地实施例中，所述核心流水线至少包含译码逻辑电路、以及流水级位于所述译码逻辑电路之后的提交逻辑电路；所述旁路审核逻辑电路被配置为旁路架设在所述核心流水线上的所述译码逻辑电路与所述提交逻辑电路之间的位置。

在一些优选地实施例中，所述核心流水线上还包括位于所述译码逻辑电路与所述提交逻辑电路之间的重排序缓冲逻辑电路；所述旁路审核逻辑电路的输入接口被配置在所述译码逻辑电路的输出接口上，所述旁路审核逻辑电路的输出接口被配置在所述重排序缓冲逻辑电路的输入接口上。

在一些优选地实施例中，所述旁路审核逻辑电路，具体包括：指令比对单元，用于利用基准值对输入的指令值进行比对，输出比对结果；存储单元，用于向所述指令比对单元提供所述基准值。