一款新游戲面市不到2個(gè)月,市場(chǎng)就已充斥了仿制品,工程師幾個(gè)月甚至幾年的心血就白費(fèi)了？竊取技術(shù)層出不窮,攻擊者的活動(dòng)日漸猖獗,設(shè)計(jì)安全性如何保障？攻擊者常常通過克隆、篡改和合同外生產(chǎn)的方式拷貝FPGA設(shè)計(jì),FPGA供應(yīng)商如何應(yīng)對(duì)？FPGA安全設(shè)計(jì)方案,這一保證設(shè)計(jì)安全性的方法,正被越來越多的工程師所采用。電子工程專輯就這一話題開設(shè)了題為“FPGA設(shè)計(jì)的安全性,您準(zhǔn)備好了嗎？”的專題討論,并邀請(qǐng)到了世強(qiáng)電訊的兩位工程師和廣大工程師朋友一起,探討FPGA設(shè)計(jì)的安全性這一話題。
FPGA安全設(shè)計(jì)的必要性
對(duì)于競(jìng)爭日趨激烈的運(yùn)動(dòng)控制、便攜式設(shè)備、打印機(jī)等行業(yè),他們的IP需要高度的保密,因此FPGA設(shè)計(jì)的安全性就成了必須要考慮的因素。安全的FPGA設(shè)計(jì)方案通過一系列加密措施和物理結(jié)構(gòu)上的高度安全贏得了越來越多工程師朋友的青睞,采用FPGA安全設(shè)計(jì)已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。
而對(duì)于已經(jīng)習(xí)慣于現(xiàn)有FPGA設(shè)計(jì)軟硬件的工程師來說,是否要轉(zhuǎn)而采用安全設(shè)計(jì)方案？專家認(rèn)為,必須了解安全設(shè)計(jì)方案帶來的優(yōu)勢(shì)。以Actel的安全設(shè)計(jì)方案來說,由于Actel上電就運(yùn)行,所以不需復(fù)位控制電路；基于Flash則不需程序加載電路和外掛PROM或flash；由于它是單芯片并且保密性好,所以不需再增加CPLD或其他器件進(jìn)行保密性設(shè)計(jì)；同時(shí)還減少了元器件數(shù)量、減少了PCB面積、節(jié)省了調(diào)試和維護(hù)的時(shí)間。工程師在獲得安全保障的同時(shí)還簡化了設(shè)計(jì)甚至降低了成本,因此,使用安全設(shè)計(jì)方案就勢(shì)在必行了。
初學(xué)者如何選擇FPGA并掌握FPGA安全設(shè)計(jì)
“如何選擇自己所需要的FPGA？”針對(duì)初學(xué)者的種種疑問,專家給出了詳盡的建議:一般情況下,先針對(duì)設(shè)計(jì),列出您想要實(shí)現(xiàn)的功能,大致畫個(gè)功能框圖。然后根據(jù)其功能和系統(tǒng)的要求大致推算出你需要的: 1) IO需求——可用IO數(shù)量、差分信號(hào)對(duì)、IO的電平格式等；2)電壓源的需求——系統(tǒng)提供哪些電壓?核電壓需要多少？IO電壓源需要哪些？ 3)封裝——用TQ？VQ？PLCC？BGA？還是其它的封裝形式？4)內(nèi)部RAM的需求——需要雙口RAM嗎？需要FIFO嗎？大小是多少？5)時(shí)鐘及速度需求——最大的時(shí)鐘速率是多少？需要多少個(gè)PLL？速度等級(jí)？全局時(shí)鐘有多少？6)邏輯資源和IPcore的需求——需要哪些IP核,大致占用多少資源？7)擴(kuò)展和升級(jí)的需求——是否考慮IO和邏輯資源留有一些余量,以便以后的擴(kuò)展？升級(jí)是否方便？8)價(jià)格的因素。也可以初步選定一個(gè)型號(hào),直接在開發(fā)軟件中對(duì)你的程序進(jìn)行編譯、綜合、布局布線等,這樣能清楚地可以看到你的設(shè)計(jì)占用的資源,然后再選擇合適的型號(hào)。
作為剛接觸FPGA的初學(xué)者,是否已開始就要深入了解芯片的安全設(shè)計(jì)的精髓或是原理,還是應(yīng)該把重點(diǎn)放在如何設(shè)計(jì)代碼上？相信這一問題在FPGA初學(xué)者中具有一定代表性。專家建議,首先要理解FPGA的原理,然后設(shè)計(jì)一些小型代碼,在驗(yàn)證設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上真正理解設(shè)計(jì)硬件的思想。芯片的安全設(shè)計(jì)是必然要理解的,不然很有可能一個(gè)靜電上去就毀掉芯片了。
安全設(shè)計(jì)是否引發(fā)成本提升？
工程師們非常關(guān)心安全設(shè)計(jì)的成本問題。專家通過基于SRAM的FPGA和單芯片的FPGA安全解決方案的比較,說明了這一問題。
基于SRAM的FPGA通常采用CPLD器件來實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)安全的解決方案,用CPLD來產(chǎn)生握手令牌傳送給FPGA,這是因?yàn)镃PLD具有非易失性,關(guān)電時(shí)可保持配置數(shù)據(jù)。因此該方案可防止FPGA設(shè)計(jì)被拷貝,即使配置比特流被捕獲,也可以保證FPGA設(shè)計(jì)的安全性。但由于增加了一片CPLD,會(huì)導(dǎo)致成本增加、設(shè)計(jì)變得更復(fù)雜。
而Actel的FPGA是單芯片的,所有的編程信息已經(jīng)編程在FPGA內(nèi)部,有了加密選項(xiàng),該信息不會(huì)被讀出。非常適合于作為專用的ASIC來使用,成本也不會(huì)增加。
關(guān)于不同F(xiàn)PGA之間的方案轉(zhuǎn)換
有的網(wǎng)友問,如何由其他的產(chǎn)品方案轉(zhuǎn)換到FPGA安全方案,專家認(rèn)為,每一種FPGA方案的優(yōu)勢(shì)不同,要從系統(tǒng)的要求、成本的降低等方面具體分析。例如Actel FPGA的優(yōu)點(diǎn)在于其單芯片、上電運(yùn)行、低功耗、保密性好、可靠性高,特別適合工控、游戲、醫(yī)療等行業(yè)。
但是必須明確的是,FPGA安全設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)并不復(fù)雜。以Actel的FPGA為例,由于是單芯片的,所以基本不需要什么外圍電路。不同的系統(tǒng)其情況略有不同,設(shè)計(jì)者可以在Actel工程師的協(xié)助下完成設(shè)計(jì)。
雖然在轉(zhuǎn)換的時(shí)候需要考慮的因素有很多,但專家表示,將來的FPGA設(shè)計(jì)都將走向Actel的單芯片設(shè)計(jì)路上來,不再需要外掛Flash或是EEPROM,不再需要MCU再去加密FPGA,包括CPU,SRAM,Flash Memory都將集成到FPGA內(nèi),從而保證安全性,保密性,可靠性。
在專題討論中,工程師們還就Actel的工藝改進(jìn)、開發(fā)工具、在各行業(yè)中的應(yīng)用等問題和廣大工程師朋友進(jìn)行了深入的溝通,同時(shí)解答了安全設(shè)計(jì)相關(guān)的工程師感興趣的其他問題。有興趣的朋友可以登陸電子工程專輯網(wǎng)站獲取更多信息:。
