从芯片设计底层构建安全机制，RISC-V可信根提升SoC安全等级

一家物联网摄像头OEM因后门漏洞导致430万台设备被召回；超过百万辆智能网联汽车因远程控制风险被召回；还有通过卫星通信解锁汽车的案例。这些事件表明，随着设备联网程度的加深，黑客攻击的广度和深度都在增加，安全问题已成为不可忽视的挑战。与此同时，传统封闭指令集架构（ISA）在安全定制化方面存在局限，而RISC-V的开放性和可扩展性为开发者提供了灵活的解决方案，使其能够在指令和模块层面实现安全隔离和控制。

在2025年7月18日于张江科学会堂举办的第五届RISC-V中国峰会嵌入式系统分论坛上，Rambus亚太区业务发展总监姜新雨发表了题为“如何通过基于RISC-V的可信根提升基于RISC-V的SoC设计的安全等级”的演讲。姜新雨从联网设备面临的日益严峻的安全威胁出发，结合RISC-V开放架构的独特优势，详细阐述了Rambus如何通过定制化的可信根技术，为片上系统（SoC）设计提供高等级安全保障。

姜新雨指出，可信根是芯片设计之初就嵌入的硬件安全基础，用于提供关键的安全服务，如安全启动、固件OTA更新、远程身份验证以及数据加解密等。Rambus的方案通过一个定制化的RISC-V安全内核实现，该内核与主处理器完全隔离，拥有独立的内存和一次性可编程（OTP）接口，用于控制密钥等敏感资产的访问权限。这种硬件层面的分层设计有效降低了系统性安全风险，尤其是在传统处理器架构中因性能优化（如乱序执行）而引入的侧信道攻击漏洞。

从处理器的历史演进来看：过去处理器设计主要聚焦性能提升，采用如乱序执行等高级微架构技术，但这些技术在提升效率的同时也增加了信息泄露的风险。现代处理器设计必须将安全置于与性能同等重要的位置。RISC-V的模块化特性允许开发者在内核设计中融入专门的安全机制，例如在执行流水线中加入防差分功耗分析（DPA）攻击的保护措施。这种从设计之初就优先考虑安全的理念，正是Rambus解决方案的出发点。

Rambus在2018年推出的RT-6xx系列可信根产品就是这一理念的实践。姜新雨展示了该系列的内部架构：一个完全定制的RISC-V安全内核，配备独立的安全内存、高效的加解密加速引擎以及与SoC集成的标准接口。RT-6xx支持FIPS 140-3、ISO等国际安全认证，并可选配增强的防物理攻击机制。通过标准总线与主处理器和测试电路集成，可信根通过OTP和内存保护单元（MPU）实现严格的访问控制，一旦配置完成即被锁定，防止篡改。这种设计不仅确保了安全性，还保留了良好的扩展性，能够与芯片厂商原有的安全体系无缝集成。

在软件层面，Rambus提供了一个分层架构，从最上层的用户容器化应用程序，到中间的轻量级定制内核，再到最底层的监控器。这种分层设计确保软件组件只能在授权的权限范围内访问资源，有效防止越权操作。Rambus还提供专属的软件开发工具包（SDK）和编译器，方便开发者构建安全的固件和应用程序。所有签名验证和完整性检查都在可信根内部完成，确保系统运行的安全性。这种模块化设计支持系统性升级，开发者可以灵活替换或更新不同层级的组件，而不影响整体安全。

姜新雨特别提到两个垂直应用领域：人工智能（AI）和汽车行业。在AI领域，模型、输入参数和推理结果等资产容易成为黑客攻击目标，可能导致模型被窃取或推理结果被恶意篡改。Rambus的可信根通过集成到AI加速芯片或主控芯片中，确保计算过程的完整性和保密性。在汽车领域，随着网联车的普及，信息安全与功能安全的重要性日益凸显。姜新雨介绍了Rambus专为车联网开发的RT-640系列硬件安全模块（HSM IP），该模块同时关注功能安全和信息安全，应对联网汽车面临的复杂威胁。

展望未来，姜新雨也提到后量子密码学的重要性。随着量子计算的发展，预计到2030年，全球将要求关键信息应用支持后量子密码算法。Rambus的可信根已在安全启动流程中支持这些算法，为未来高安全需求的应用奠定了基础。此外，其产品通过了多项国际安全认证，能够满足从车载到国防、数据中心等多行业的严格要求。

总结而言，在联网设备攻击风险日益增大的背景下，芯片设计必须从底层开始构建分层安全机制。Rambus基于RISC-V的可信根解决方案，结合硬件隔离、软件分层和国际标准认证，为SoC设计提供了灵活而强大的安全保障。无论是AI加速芯片的模型保护，还是网联汽车的信息安全，Rambus的方案都展现了RISC-V架构在高安全应用中的潜力。