面向RISC-V平台的安全高效固件可信平台模块设计与实现

来源：电子与信息学报杂志2025年第7期北京时间：

作者：王杰, 王鹃

单位：1.空天信息安全与可信计算教育部重点实验室 武汉 4300722.武汉大学国家网络安全学院 武汉 430072

摘要：可信平台模块(TPM)作为提升系统安全性的核心技术，能够提供基于硬件的密钥管理、可信启动和远程认证等安全功能。然而，当前 RISC-V平台普遍缺乏TPM支持，限制了其在嵌入式和云计算场景中的安全能力。为解决这一问题，该文设计并实现了RfTPM—一种面向RISC-V平台的固件可信平台模块(fTPM)架构，无需额外硬件单元或安全扩展即可提供等效的安全功能。针对执行隔离、可信启动、高效通信和安全时钟等关键挑战，在RfTPM中，该文提出了创新解决方案，包括：基于RISC-V物理内存保护(PMP)机制的内存隔离以及结合DRAM物理不可克隆函数(PUF)与Flash锁定的静态数据保护、基于延迟度量扩展的可信启动机制、基于动态权限交换页的高效通信机制以及基于RISC-V硬件计时器的细粒度安全时钟。该文构建了RfTPM的原型系统，对其进行了安全性分析并在Genesys2 FPGA平台模拟的Rocket Core上进行了性能测试。实验结果表明，RfTPM在保证安全性的同时在大多数TPM命令处理中有比较显著的性能优势。

关键词：可信平台模块, 固件可信平台模块, RISC-V, 可信启动

基金资助：国家科技重大专项(2024ZD0803000)