FPGA 在数据中心系统的角色被不断颠覆。目前主流的用法是和 GPU 一样，用于计算密集型任务的加速计算。然而，FPGA 只适合于这些工作吗？

      其实，FPGA 的特性决定了它还非常适合于低延迟的流式处理工作，在整个系统中的角色类似于“通信大管家”。如果再加上安全特性，就是妥妥的安全管家。而目前需求最大的就是服务器市场。

      5G、边缘计算和物联网正在加快设备之间的互联速度，但是，随着在线设备数量增加，暴露出来的漏洞数量也随之增长。设备固件已经成为越来越流行的攻击媒介，不管是厂商的路由器，还是在线的安全监控设备，都曾遇到固件被入侵的情况。

      根据美国国家漏洞数据库(National Vulnerability Database)报告，2016 至 2019 年间，固件漏洞数量增加了 7 倍以上。另据 Gartner 去年 7 月的大胆预测，如果 2022 年这些公司还没有去做及时的固件升级计划，补上固件安全漏洞，那么 2022 年将会有 70%的公司因为固件漏洞遭到各种入侵。

      造成这种增长的原因主要有两方面：一是传统的安全性保护都在上层软件或 OS，而固件并没有受到足够的重视；二是在线硬件产品越来越多，不管是云端、管道还是终端设备，基本上都有相应的固件存在。

      还有一些中短期的风险在雪上加霜。以前很多安全措施需要工作人员到现场操作，但是受新冠疫情影响，很多人员无法到现场，只能进行远程管理、升级和操作，如果远程操作没有足够的安全性保护，会加剧这些风险的发生。

      那么，受损的固件有哪些危害？会让用户数据易受入侵，对系统造成永久性损坏，极大降低了用户体验，OEM 也要承担相应的责任。正因如此，OEM 设备商对安全性的关注度也在上升，固件保护问题也越来越受到重视。为保护系统免遭未经授权的固件访问，为所有互联设备提供动态、持久、实时的硬件平台安全性成为必要。

      美国国家标准与技术研究所（NIST）定义了一种标准的安全机制，称为平台固件保护恢复（PFR）。PFR 采用了基于硬件的解决方案，为保护企业服务器固件提供了一种全新的方法，可全面防止对服务器所有固件的攻击。

      针对于固件攻击的保护，NIST 800-193 对整个硬件平台上的固件保护提出了规范性要求，主要包含了三个部分:首先能够检测到黑客在对固件进行攻击；第二是进行保护，例如有人在对固件进行非法的读写操作时，要阻止这些非法行为，并汇报给上层软件，发出警告信息；第三是即使在固件遭到破坏的情况下，也能够进行恢复，例如从备份文件中恢复。这三部分（恢复、检测、保护）相互融合、相互配合，主要目的就是保护硬件平台上的固件。

      开发者需要清楚其硬件平台已受到保护，能够免于网络攻击和 IP 遭窃。它们需要安全解决方案，以确保在整个产品生命周期中获得全面保护，这意味着解决方案必须能够动态适应不断演变的威胁形势。

      对平台固件的保护恢复功能，以往的硬件平台主要基于 TPM 和 MCU 来实现。其中，TPM 更为“资深”，不过它需要搭配主芯片，通过 SPI 接口来回传输信息。而不论是 TPM 还是 MCU，它们的控制流程和时序都采用串行处理。

      据 Lattice 半导体亚太区应用工程（AE）总监谢征帆介绍，实时性成为客户当前的最大痛点。与 FPGA 这样的并行处理解决方案相比，TPM 和 MCU 实时性较弱，无法进行更快地识别和响应。特别是一些对时间比较敏感的应用，以及强度较大的破坏，更加需要做出实时地保护。

      再结合上 FPGA 本身的小尺寸、高性能、低功耗、灵活性等特点，使得很多 Tier-1 服务器厂商，在下一代服务器平台的 PFR 功能时，开始优先考虑基于 FPGA 的方案。

      Lattice 正是看准了这个方向，推出 Sentry 解决方案堆栈与 SupplyGuard 服务，提供具有动态信任的端到端供应链保护。

      安全 FPGA、RISC-V 嵌入式软件等形成的 Sentry 方案堆栈

      Sentry 方案并不仅仅只是一个硬件产品，它有一系列相配套的工具、软件和服务。

      底层硬件平台基于 MachXO3 FPGA，这是 Lattice 符合 NIST 平台固件保护恢复标准、面向控制的 FPGA。当使用 MachXO3 FPGA 实现系统控制功能时，它们通常是电路板上“最先上电 / 最后断电”的器件，通过集成安全和系统控制功能，MachXO3D 便成为系统保护信任链上的首个环节。

      硬件平台之上是一系列 IP 核、软件工具、参考设计、演示示例、定制设计服务，共同构成了 Sentry 方案。

      值得一提的是，动态信任强调安全保护机制并不是静态、固化的保护方式，其中，RISC-V 可以通过相应的 C 代码，去实现客户所需要的功能；同时，通过 RISC-V 软核可以调度不同硬件模块，例如监视器、Mux 等底层模块。随着产品的演进，如果用户将来在新的产品中需要新的保护方式，只要底层模块没有变化，只需改变它相应的 C 代码，就可以实现新的保护方式。

      以下是 Sentry 解决方案的主要特性：

      硬件安全功能——提供经过预验证、符合 NIST 的 PFR 实现方案，可在系统启动期间和之后对所有系统固件实施严格的实时访问控制。若检测到损坏的固件，Sentry 可以自动回滚到固件之前已知的完好版本，确保安全的系统操作不会中断。

      符合最新的 NIST SP-800-193 标准，通过 CAVP 认证——通过支持严格加密的 MachXO3D FPGA 系列器件实现硬件 RoT。

      易于使用——开发人员可以在没有任何 FPGA 设计经验的情况下，将 Sentry 经过验证的 IP 模块拖放到 Lattice Propel 设计环境中，修改所给的 RISC-V C 语言参考代码。

      缩短上市时间——Sentry 提供预验证和经过测试的应用演示、参考设计和开发板，可以将 PFR 应用的开发时间从 10 个月缩短到 6 周。

      灵活、适用于所有平台的安全解决方案——Sentry 为固件和可编程外设提供全方位、实时的 PFR 支持。它可以用作系统中的 RoT/ 补充现有的基于 BMC/MCU/TPM 的体系，使之完全符合 NIST SP-800-193 标准。

      SupplyGuard 服务将系统保护拓展至供应链

      SupplyGuard 是 Lattice 推出的一项订阅服务，从产品制造到全球供应链运输、系统集成和组装、再到首次配置和部署的整个生命周期内，通过跟踪锁定 FPGA，让 OEM 和 ODM 应对供应链风险。它也可以按需定制，满足各个行业 OEM 的特定安全和供应链需求，并降低实施安全生产生态系统的运营成本。

      那么，SupplyGuard 通过哪些方式来保护 OEM？第一，确保只有授权的制造商才能构建 OEM 的设计，无论这些制造商身在何处；第二，为 OEM 提供安全的密钥机制，防止在未经授权的组件上激活其 IP，阻断产品克隆和过度构建；第三，防止设备下载和安装木马、恶意软件或其他未经授权的软件，保护平台和系统免遭设备劫持或其他网络攻击。

      “固件攻击是所有终端市场面临的日益严重的安全问题，针对供应链的攻击日益增多，防不胜防”，谢征帆介绍，“我们目前接触的客户是服务器厂商，主要因为他们是最需要符合 NIST 800-193 规范的。”

      而下一步的拓展，将随着安全问题在越来越多领域受到重视而扩大范围。据介绍，工业自动化的网络安全规范与 PFR 安全机制比较接近；随着车联网的发展，会越来越多接入到数据平台，安全性也将成为重要考量；笔记本、台式机虽然不会像其他领域推进得那么快，但也有这一需求趋势。