计算机体系结构安全第四次作业——Intel的安全体系结构

一、实现的可能方式

        在不改变Intel处理器权限模型的前提下，实现本节课所述的安全体系结构是具有一定挑战性的，但并非不可能。Intel处理器的权限模型主要基于环形权限体系，其中核心组件如CPU、内存管理单元（MMU）、I/O系统等都按照一定的安全级别进行划分。这种模型在设计时主要考虑了操作系统的稳定性和隔离性，而非特定的安全需求。

        要实现安全体系结构，需要在现有的基础上增加额外的安全机制和控制措施。以下是一些可能的实现方式：

        安全核心（Security Core）：在处理器中定义一个安全核心，它具有最高的权限级别，可以控制和监视其他所有核心的操作。这个安全核心可以负责执行安全相关的任务，如加密解密、安全启动、安全存储等。

        可信执行环境（TEE）：在操作系统层面创建一个可信执行环境，该环境可以运行在处理器的一个特殊模式下，与常规的执行环境（REE）相隔离。TEE可以利用处理器提供的硬件隔离特性，如Intel的TXT（Trusted Execution Technology）或其他安全扩展。

        权限和访问控制：在现有的权限模型中增加更细粒度的访问控制。例如，可以为安全核心和TEE分配特定的内存区域和I/O资源，并对这些资源的访问进行严格控制。

        安全启动和固件更新：利用Intel处理器支持的安全启动特性，确保系统在启动过程中的各个阶段都经过验证，防止恶意软件的注入。同时，固件更新过程也需要确保安全，避免固件被篡改。

        监控和审计：在处理器中实现监控机制，对系统的关键操作进行记录和审计，以便在出现安全事件时进行分析和响应。

        硬件辅助的安全特性：利用Intel提供的硬件辅助安全特性，如SGX（Software Guard Extensions）来创建加密的安全区域，保护敏感数据和代码。

        虽然Intel处理器的权限模型不是专门为安全体系结构设计的，但通过增加额外的安全机制和利用现有的安全特性，仍然可以在一定程度上实现安全体系结构的目标。然而，这可能需要对操作系统、固件以及硬件层面进行深入的定制和优化。

二、Intel为什么较难实现

        安全体系结构可能需要处理器能够提供以下特性：

        硬件级别的隔离，以便创建可信执行环境（TEE），这通常需要处理器提供特殊的硬件支持，如ARM的TrustZone技术，它允许创建安全环境和普通环境的隔离。

        硬件辅助的安全功能，如加密解密操作、安全存储、安全启动等，这些功能需要处理器提供专门的硬件支持。

        对于安全相关的操作，需要处理器能够提供更高级别的安全保障，比如防止物理攻击的能力，如侧信道攻击等。

        Intel处理器虽然提供了一些安全特性，如Intel SGX和TXT，但这些特性可能不足以完全满足安全体系结构的所有要求。此外，Intel的环形安全模型可能需要进行调整和扩展，以便更好地支持安全体系结构中的安全控制和隔离需求。