Arm 機密運算架構賦予所有開發人員運用機密運算的能力

June 24, 2021

Arm 今天發表 Arm 機密運算架構(Arm CCA)的初步技術規格,這是今年稍早宣布的全新 Arm®v9 架構的安全性功能。Armv9 將是建構未來 3,000 億顆 Arm 架構晶片的尖端技術,而 Arm CCA 則是重要的下一步,它將改變產業處理運算環境信任模型的方法,並適用於所有的應用。隨著第一批技術規格的發表,Arm 同時藉由讓所有開發人員使用機密運算,分享對未來的願景,以釋放數據的力量與其完整的潛力。


機密運算:次世代的安全處理方式
目前,各式應用與虛擬機器對於管理它們的監管軟體(核心或虛擬機管理器),賦予相當大的信任。針對程式碼與數據,監管軟體可以存取該應用程式使用的資源。若有人利用監管軟體的漏洞,可能造成機密數據或存放在應用內的演算法外洩。

機密運算藉由移除監管軟體存取應用程式使用資源的權限,同時保有管理它們的權限,以改變應用程式與監管軟體之間的傳統信任關係。移除存取的權限相當重要,因為現今的裝置處理了數量龐大的機密數據。雲端系統可能執行處理來自許多不同客戶的負載應用,而行動裝置從醫療數據到公司的電子郵件,包含各種個人與商業的資訊。在所有的運算環境下,有了機密運算可以降低對那些看不到的技術所做的信任假設。


Arm CCA:無論在何處進行運算,都能保護數據與程式碼
Arm 作為橫跨感測器、智慧手機到超級電腦等應用的首選運算架構,其獨特的地位,可以賦予產業所需的穩固安全基礎,同時確保開發人員以最簡便的方式,快速地實作 Arm 的安全技術。

Arm CCA 擴大隔離工作負載,讓供應商對於服務供應商處理客戶數據,從「不會存取」轉變為「無法存取」,因此降低必須信任的軟體數量、駭客的可攻擊面,以及客戶數據或演算法遭到破解的可能性。Arm CCA 導入機密領域(Realm),作為全新類型的機密運算環境,可以保護即便是正在使用中的數據與程式碼。


Arm 透過專注在四個關鍵的領域,達成 Arm CCA:

  • 機密領域管理擴充(RME):定義機密領域的硬體架構。
  • 動態 TrustZone® 技術:由 RME 提供的 TrustZone 延伸功能,可以除去分配專屬記憶體供 TrustZone 使用的需求,並讓 TrustZone 用在需要龐大動態記憶體的應用程式上。
  • 一套軟體與韌體架構:與作業系統廠商及業界組織合作,藉由定義機密領域管理監控器(RMM)與 RMM 延伸功能,為機密領域提供架構,以推動與 RME 韌體互動的標準介面。
  • 與 trustedfirmware.org 等開源專案合作,提供 Arm CCA 韌體的標準實作,並為機密運算打造全新專案,如 Project Veraison 將為建構驗證服務提供開源軟體。

機密領域的程式碼或數據位於分配給該機密領域的記憶體中,任何從該機密領域(核心或虛擬機管理器)的監管軟體、或由 TrustZone 程式碼、機密領域不信任的其他領域或裝置,嘗試對該記憶體的任何存取動作都將被阻止並出現故障異常。為此,Arm 為架構新增一個資料結構:Granule Protection Table。這個結構會追蹤並決定分頁是否要供機密領域、TrustZone,或目前正在運行現有應用程式、核心或虛擬機管理器在一般環境使用。硬體在每次進行存取時會檢查這個表格,並擋下所有的非法存取。虛擬機管理器或核心可以間接更新這個表格,讓分頁在一般環境的使用與在機密領域的使用間移動,甚至在一般環境的使用與 TrustZone 的使用間移動。這種可以在不同的安全環境下動態移動記憶體資源的能力,是這個架構的重大改變。更多有關機密領域的細節及其運作方式,請參考這個部落格。


讓所有開發人員使用一流的安全功能
Arm CCA 關鍵目標之一,就是不論開發人員開發的應用程式為何,都能使用機密運算。隨著硬體規格的就緒,Arm 將持續與其廣大的軟體生態系密切互動,這對 Arm CCA 的下一步發展相當重要。

Arm 也在 Linaro Arm CCA Tech Event 活動中,發表這些可用的硬體與軟體架構及資源,以促成開源軟體的開發與上傳,包括編譯器的支援、開源的 Trusted Firmware A(TF-A)監控程式碼,以及 Project Veraison。未來 Arm 也將提供 RMM 的實作參考,並與工具鏈及作業系統廠商密切合作,以確保廣大的應用開發人員可以使用機密領域。


放眼未來:廣泛適用於所有工作負載
不論運算在何處進行,Arm CCA 都將提供其所需的更高一層的安全性。在資料中心裡,供應商可以利用它來降低數據路徑使用的基礎設施,以減少資安漏洞發生的風險,而雲服務用戶則可以把高安全需求的工作負載,從內部部署移到雲端。

此外,隨著其它的雲端運算轉移到邊緣運算,機密運算也將如此。現在不論個人生活與工作,處處都使用行動裝置與穿戴裝置,而這也為裝置提升保護使用者數據的能力,帶來新的壓力。例如,為了推進健康照護服務與科學,就需要安全地以匿名方式集成數據。智慧城市與自駕車需要更高層級的互信,而企業也必須確認這些數據放在個人裝置中是安全無虞的。

Arm 資深副總裁暨首席架構師與院士 Richard Grisenthwaite 表示:「我們預測在不久之後,全球所有的共享數據都會在 Arm 的架構上處理,不管是在終端裝置、數據網路或在雲端。」他說:「這種普遍性讓我們責無旁貸的必須追求更高的安全性,並在目前已用在全球數十億個裝置中的 Arm TrustZone 隔離技術的堅實基礎上繼續發展。Arm CCA 勾勒的願景是不論運算在何處進行,都要保護所有的數據與程式碼,同時讓開發人員易於實作強大的隱私管控功能。今天則是 Arm 朝向此願景向前邁出的令人興奮的第一步。」

更多有關 Arm CCA 資訊,請點擊這裡



生態系與合作夥伴證言:
「為了真正釋放數據的潛力和力量,安全需要不斷演進,以便在休眠、傳輸與運行期間,保護數據和程式碼。Arm 的機密運算架構是將機密運算能力賦予最多開發人員的重要一步。在此刻,產業合作為每個應用程式提供一流的安全性,並推動該領域全新的、強大的和開放的標準,其重要性更甚以往。」

Fortanix 客戶解決方案總監、機密運算聯盟監管委員會代表暨終端使用者諮詢委員會主席 Richard Searle


「Google 雲端平台與我們的客戶們率先見證了機密運算技術的採用,如何提升安全性、隱私性、信任度,並促成機敏性最高的工作負載轉移到雲端進行。Arm 機密運算架構的上市,將為企業組織在選擇如何與在何處部署這個轉型性技術時,帶來更多的選擇,以確保他們關鍵資產的安全。」

Google 雲端安全事業部集團產品經理 Nelly Porter


「Armv9 機密運算功能是由 Arm 與微軟公司密切合作所開發。我們相信,為了促成次世代的安全運算,讓更多的開發人員掌握機密運算技術是相當關鍵的。透過機密領域的使用,Arm 的機密運算架構有潛力為所有的開發人員提高安全性的標竿,並在保護運算與使用中數據等方面,為整個生態系帶來莫大的好處,並讓使用任何應用的每一個人都能獲得機密運算的保護。」

微軟公司傑出工程師 Leendert van Doorn 博士


「在日益自動化的世界中,數據隱私和保密性是相當重要的,Arm CCA 為整合性的安全功能再增強一層安全保護,這些安全功能是我們 IoT、工業應用和車用市場處理器產品組合的基礎。由智慧邊緣裝置產出、處理及發送的數據都必須被妥善保護,這促使我們朝向數據完整性與機密性的目標向前邁出重要的一步。」

恩智浦半導體資深副總裁暨邊緣處理事業部總經理 Ron Martino




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關於 Arm

做為運算及連網革命的核心,Arm 的技術正改變著人們生活及企業運作的方式。Arm 先進的低功耗處理器設計與軟體平台,已促成 2,000 億顆晶片的先進運算,我們的技術安全地驅動包含感測器、智慧型手機甚至於超級電腦等各式應用的電子產品。Arm 攜手超過 1,000 家的技術合作夥伴,將前端的設計、安全、管理,全面應用在從晶片至雲端所有連結 AI 運算的領域。


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