當下，半導體行業(yè)的安全需求正經(jīng)歷深刻演變，后量子密碼學（PQC）與《網(wǎng)絡彈性法案》（CRA）成為繞不開的重要議題。跟隨本文一起，深入剖析這兩大趨勢帶來的挑戰(zhàn)，并詳解Altera Agilex 3、Agilex 5 FPGA 及 SoC的全新功能，如何為行業(yè)構(gòu)建面向未來的安全功能提供關(guān)鍵支撐。

01現(xiàn)代安全已成市場剛需

隨著 AI 的興起和現(xiàn)代網(wǎng)絡威脅的加劇，強大且靈活的安全防護已成為新一代 FPGA 系統(tǒng)中不可或缺的重要能力。加強產(chǎn)品安全保障已發(fā)展成為眾多系統(tǒng)設計人員的關(guān)鍵職責，旨在更好地保護客戶數(shù)據(jù)的機密性和安全性。

過去 12 個月，安全議題呈爆發(fā)式增長。相關(guān)討論涵蓋近期與長期威脅、針對不同技術(shù)領域、細分市場或地域的新興標準，以及嵌入式系統(tǒng)遭受攻擊的典型案例。本文將聚焦今年引發(fā)諸多疑慮與不確定性的兩大熱點議題：后量子密碼學 (PQC)和《網(wǎng)絡彈性法案》(CRA)。

實質(zhì)上，后量子密碼學是針對尚未發(fā)生、且可能多年后才會顯現(xiàn)的威脅而設計的解決方案。第一重不確定因素在于量子計算機的發(fā)展進程：其技術(shù)何時發(fā)展成熟，并被潛在攻擊者所掌握以破解當今的標準加密技術(shù)？第二重不確定因素正逐漸明朗：為了使下一代長壽命系統(tǒng)具備量子就緒性，應當在系統(tǒng)中集成哪些算法？

過去 12 個月里，技術(shù)社區(qū)持續(xù)開展以標準為導向的探討，致力于消除算法層面的不確定性。美國和歐盟 (EU) 相繼發(fā)布了 CNSA 2.0 和PQC 相關(guān)指導文件，其中最新的《PQC 遷移路線圖》標志著標準化進程的重大推進。

歐盟還通過了《網(wǎng)絡彈性法案》(CRA)，這是一套高層次法規(guī)性要求，旨在提高所有具有數(shù)字元素的產(chǎn)品的網(wǎng)絡安全性。CRA 進程的下一步是將高層次要求轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行的法規(guī)。

Altera 已深入分析這些高層次要求，推出內(nèi)置安全設備管理器 (SDM) 的全新 FPGA，并將準備在法規(guī)發(fā)布時及時響應。無論是應對 PQC 還是 CRA 法規(guī)，SDM 都將憑借其出色靈活性發(fā)揮關(guān)鍵作用，更好地適應未來持續(xù)演進的安全需求。

02Altera 獨特的系統(tǒng)安全方法

我們從 Altera 的核心關(guān)注點出發(fā)展開探討，以便更清晰地闡釋我們基于 FPGA 和系統(tǒng)級安全防護的半導體安全方法。

當今存在諸多學術(shù)與實用安全模型，各有所長。Altera 的安全方法以硬件為核心，逐步擴展以融合不同模型的特性。下圖所示為一個簡化的工作模型，主要基于已集成至所有 Agilex FPGA 和 SoC 中的安全設備管理器 (SDM)。

Altera 安全模型

如圖所示的 Altera 安全模型中，我們基于安全設備管理器 (SDM) 的不可變 ROM 啟動建立模型基礎。由此建立了信任根，進而使 SDM 能夠安全地將新功能和算法應用于金字塔的更高層級，大致分為IP 安全、數(shù)據(jù)安全和系統(tǒng)安全三大層級。

應用層的設計具有安全傾向性，覆蓋與系統(tǒng)的所有交互環(huán)節(jié)。其中包括產(chǎn)品開發(fā)、部署、維護全過程，以及終端客戶的實際使用方式。這些接觸點構(gòu)成了未授權(quán)訪問的主要攻擊面，而 SDM 在強化每個環(huán)節(jié)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

接下來，我們將探討如何運用該模型應對當今的安全需求。首先，我們將分析 SDM 在 FPGA 系統(tǒng)內(nèi)部的功能機制，以及它在整個啟動過程中所構(gòu)建的多層防護體系。

第一：建立信任根 (RoT)。SDM 從只讀內(nèi)存（固定型 ROM）啟動，采用強大的認證方案充分驗證固件映像的完整性；

第二：SDM 運行其可更新的固件來驗證和配置 FPGA 映像，并可以選擇運行最新的加密算法以保護系統(tǒng)、IP 和數(shù)據(jù)。這通常被稱為“加密敏捷性”；

第三：在 FPGA 安全運行的情況下，SDM 向系統(tǒng)提供加密服務，以提供額外的保護層，例如黑密鑰預配、認證和供應商授權(quán)啟動。

下表展示了 SDM 在 Agilex 系列產(chǎn)品組合中的演進歷程。

Altera Agilex 產(chǎn)品家族安全功能矩陣

[1] 適用于部分 Agilex 7 設備系列。 [2] 以軟核 IP 形式提供。 [3] 適用于部分 Agilex 3 和 Agilex 5 設備系列。

03打造面向未來的 FPGA 系統(tǒng)

在安全領域，Altera 有著深厚的技術(shù)積淀，其不斷推出創(chuàng)新成果，比如在 Stratix 10 產(chǎn)品家族中，就推出了基于固件的高適應性安全引擎。值得關(guān)注的是，Altera 每個產(chǎn)品家族都采用了全新的 SDM 架構(gòu)，部分 Agilex 3 和 Agilex 5 設備現(xiàn)已支持 PQC 原生啟動等新功能。

即便面臨量子計算與 《網(wǎng)絡彈性法案》帶來的不確定性，Altera 的 Agilex 產(chǎn)品家族也能憑借可更新的安全架構(gòu)，讓 FPGA 設計人員能夠更加靈活地應對未來的新興安全需求。

通過支持 PQC 原生啟動和加密敏捷性，Agilex 3 和 Agilex 5 設備將為需要具備量子就緒性的長壽命系統(tǒng)設計提供更優(yōu)解決方案。

再看 CRA 即將出臺的法規(guī)，其初步的高層次要求涉及的身份驗證、加密及安全遠程更新等功能，早已內(nèi)置于 Agilex 設備之中。無論是應對 CRA 法規(guī)要求，還是 PQC 技術(shù)趨勢，Agilex 設備都可憑借強大且靈活的安全架構(gòu)，有力地助力滿足這些持續(xù)演進的市場需求。