專利名稱：提高微處理器安全性的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于提高具有高速緩存存儲器的微處理器的安 全性的方法，其中可以向該高速緩存存儲器寫入高速緩存-指令數(shù)據(jù)。
背景技術：
在本領域技術中具有主存儲器和高速緩存存儲器的微處理器是眾 所周知的。高速緩存存儲器用作頻繁需要的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲器。高速 緩存存儲器可以存儲用于處理數(shù)據(jù)的指令和/或數(shù)據(jù)本身。
為了讀取數(shù)據(jù)和/或將數(shù)據(jù)寫入該高速緩存存儲器，微處理器支持 所謂的高速緩存指令，使用該高速緩存指令可以處理數(shù)據(jù)。該高速緩 存指令典型地用于高速緩存存儲器生產測試以及用于系統(tǒng)啟動的初始 化，例如使所有高速緩存線路無效。
例如經由因特網與其它微處理器、計算機以及類似物進行通信的 所有微處理器都有受到未授權數(shù)據(jù)、指令、間諜軟件等等滲透的危險， 這些未授權數(shù)據(jù)、指令、間諜軟件等等是由稱作黑客的未授權者傳播 的。此外黑客可以出于攻擊的目的使用高速緩存指令來操作高速緩存 內容。黑客可以向指令高速緩存寫入代碼，這可能泄露安全敏感數(shù)據(jù)。 阻止這種濫用是微處理器安全性的主要目的。

發(fā)明內容
根據(jù)前述，本發(fā)明的目的是提供一種提高微處理器安全性并且阻 止對微處理器的高速緩存存儲器中存儲的數(shù)據(jù)或者指令的濫用的方 法。
為了達成該目的，禁止向高速緩存存儲器直接寫入高速緩存-指
本發(fā)明的核心在于由于黑客不再能夠直接寫入或者改變通常寫入高速緩存存儲器的高速緩存-指令，所以黑客不再能夠操作高速緩存 內容。應清楚，除了禁止向數(shù)據(jù)高速緩存直接寫入之外，還禁止向指 令存儲器或者指令高速緩存直接寫入。禁止向高速緩存的直接寫入確 保了僅會向高速緩存中加載已存在于系統(tǒng)的主存儲器中的數(shù)據(jù)。如果
將主存儲器實施為只讀存儲器(例如ROM或者一次可編程FLASH), 則可以確保不會將不需要的數(shù)據(jù)放入高速緩存中。
由于本領域技術人員可以在不對系統(tǒng)的硬件和/或軟件進行任何 主要的修改的情況下實現(xiàn)對直接寫入的禁止，從而以容易的方式提高 了包括該微處理器在內的整個系統(tǒng)的安全性。可以以任意順序來執(zhí)行 該禁止，優(yōu)選地如下所述。
禁止將高速緩存指令直接寫入高速緩存存儲器的第一方法包含將 移除對這些指令的所有相關硬件支持的步驟。這需要以對微處理器的 硬件的小改動來使這些指令的執(zhí)行無效。
備選地，可以在控制流程的一點中少量地修改該控制流程。作為 示例，可以將這些指令從指令解碼器所支持的指令列表中移除。
在第三實施例中，還通過斷開指令或者數(shù)據(jù)控制器中的特定控制 信號線來改變硬件，以阻止這些高速緩存指令的寫入。
如果如上所述禁用了高速緩存寫入指令并且用戶軟件依然調用該 指令(即，通過黑客)，則微處理器的反應可以導致軟件異常。這意味 著停止軟件的運行并且可以發(fā)送錯誤消息。這可以由指令或者數(shù)據(jù)高 速緩存控制器來執(zhí)行。
微處理器的另一個反應可以是整體系統(tǒng)重置或者微處理器關機。
最后，可以執(zhí)行類似于n叩指令(無操作)的一周期延遲。
這三種前述方法確保不會將高速緩存指令寫入高速緩存存儲器。
然而依然需要執(zhí)行高速緩存存儲器生產測試和/或系統(tǒng)啟動初始 化。為此，可以使用專用硬件來測試/初始化高速緩存隨機存取存儲器 (RAM)。從而顯著地加速該測試和初始化過程。另一方面，略微增 加大微處理器的所需芯片面積。
備選地，高速緩存存儲器可以由電子雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構成。可以經 由掃描測試來測試和重置這些雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。這種裝配提供了非?？?br> 4速的啟動速度，但是其引入了大量的芯片面積開銷。
此外，在生產測試和系統(tǒng)啟動階段期間可以臨時地使能向高速緩 存寫入高速緩存指令。僅需要對現(xiàn)有硬件和軟件進行小修改即可完成 該操作。但是缺點是在該時間內，當黑客啟用高速緩存寫入指令時 黑客的攻擊是可能的。
顯而易見地，可以將上述方法應用于支持高速緩存寫入指令的所 有類型的微處理器。特別是應當在例如智能卡控制器集成電路之類的 安全敏感系統(tǒng)中應用該方法。


下面描述了本發(fā)明的實施例。附圖示出了 圖l:示意高速緩存指令執(zhí)行流程。
具體實施例方式
在圖1中，微處理器l接收高速緩存寫入指令。微處理器l包括用 于對接收到的指令進行解碼的指令解碼器2。如圖所示，隨后將解碼后 的指令寫入指令高速緩存存儲器3或者數(shù)據(jù)高速緩存存儲器4。為了阻 止將任意不需要的指令(特別是黑客的指令)寫入存儲器3、 4，分別 由指令高速緩存控制器5或者數(shù)據(jù)高速緩存控制器6來控制對這些存儲 器3、 4的寫入訪問，該指令高速緩存控制器5或者數(shù)據(jù)高速緩存控制器 6是存儲器3、 4與微處理器1或者指令解碼器2之間的中間物。
在控制器5、 6中，移除所有相關硬件支持、只對控制流程的一點 進行小修改、或者斷開控制器5、 6內的控制信號線。
參考列表
1微處理器
2指令解碼器
3指令高速緩存存儲器
4數(shù)據(jù)高速緩存存儲器
5指令高速緩存控制器
6數(shù)據(jù)高速緩存控制器
權利要求
1、一種提高具有高速緩存存儲器(3，4)的微處理器(1)的安全性的方法，其中可以向所述高速緩存存儲器(3，4)寫入高速緩存指令數(shù)據(jù)，其特征在于，禁止向所述高速緩存存儲器(3，4)直接寫入高速緩存指令。
2、 根據(jù)權利要求l所述的方法，包括移除對這些指令的所有相關 硬件支持的步驟。
3、 根據(jù)權利要求l所述的方法，包括在控制流程的一個點中少量 地修改所述控制流程的步驟。
4、 根據(jù)權利要求l所述的方法，包括通過將指令或者數(shù)據(jù)控制器 (5， 6)內的特定控制信號線斷開來改變硬件的步驟。
5、 根據(jù)權利要求1至4中任意一項權利要求所述的方法，包括如果用戶軟件調用該指令則產生軟件異常的步驟。
6、 根據(jù)權利要求1至4中任意一項權利要求所述的方法，包括如果用戶軟件調用該指令則執(zhí)行整體系統(tǒng)重置的所述步驟。
7、 根據(jù)權利要求1至4中任意一項權利要求所述的方法，包括如果用戶軟件調用該指令則執(zhí)行一周期延遲的步驟。
8、 根據(jù)權利要求1至7中任意一項權利要求所述的方法，包括使 用專用硬件以測試/初始化隨機存取存儲器(RAM)的步驟。
9、 根據(jù)權利要求1至8中任意一項權利要求所述的方法，包括用電子雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來構成所述高速緩存存儲器的步驟。
10、 根據(jù)權利要求1至9中任意一項權利要求所述的方法，包括在 生產測試和系統(tǒng)啟動階段期間臨時地使能向所述高速緩存(3， 4)寫
全文摘要
一種提高具有高速緩存存儲器(3，4)的微處理器(1)的安全性的方法，其中可以向所述高速緩存存儲器(3，4)寫入高速緩存指令數(shù)據(jù)，該方法通過禁止將所述高速緩存指令直接寫入所述高速緩存存儲器(3，4)來提高系統(tǒng)的安全性。
文檔編號G06F21/71GK101689149SQ200880023347
公開日2010年3月31日 申請日期2008年5月9日 優(yōu)先權日2007年7月5日
發(fā)明者拉爾夫·馬爾察恩, 里·陶 申請人:Nxp股份有限公司