特許 7416480 オープンインターコネクトを介してヘテロジニアスプロセッサ上でリモート認証及び情報分離を備えた信頼できるコンピューティングを実行するためのシステム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-09

(45)【発行日】2024-01-17

(54)【発明の名称】オープンインターコネクトを介してヘテロジニアスプロセッサ上でリモート認証及び情報分離を備えた信頼できるコンピューティングを実行するためのシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

   G06F 21/74 20130101AFI20240110BHJP

   G06F 21/44 20130101ALI20240110BHJP

   G06F 21/51 20130101ALI20240110BHJP

   G06F 21/57 20130101ALI20240110BHJP

【ＦＩ】

G06F21/74

G06F21/44

G06F21/51

G06F21/57 350

【請求項の数】 25

(21)【出願番号】P 2022507642

(86)(22)【出願日】2020-08-14

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-10-24

(86)【国際出願番号】 CA2020051115

(87)【国際公開番号】W WO2021030903

(87)【国際公開日】2021-02-25

【審査請求日】2022-03-22

(31)【優先権主張番号】62/887,678

(32)【優先日】2019-08-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】522048731

【氏名又は名称】フィドゥシアエッジ テクノロジーズ カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100120891

【弁理士】

【氏名又は名称】林 一好

(74)【代理人】

【識別番号】100165157

【弁理士】

【氏名又は名称】芝 哲央

(74)【代理人】

【識別番号】100205659

【弁理士】

【氏名又は名称】齋藤 拓也

(74)【代理人】

【識別番号】100126000

【弁理士】

【氏名又は名称】岩池 満

(74)【代理人】

【識別番号】100185269

【弁理士】

【氏名又は名称】小菅 一弘

(72)【発明者】

【氏名】ザオ ジョン カー－キン

(72)【発明者】

【氏名】フアン チン－チュン

(72)【発明者】

【氏名】フアン チン－ヤオ

【審査官】岸野 徹

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１０－５１７１６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０６１５３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０２２０６０１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－１４６１９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０９１４７０８６（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】磯崎 宏，ハードウェアセキュリティ機能を利用した長期安全性の確保が可能な組込みシステム，情報処理学会 論文誌（ジャーナル） Ｖｏｌ．５６ Ｎｏ．８ ［ｏｎｌｉｎｅ］ ，日本，情報処理学会，2015年08月15日，第56巻，pp.1604-1620

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０６Ｆ ２１／７４

Ｇ０６Ｆ ２１／４４

Ｇ０６Ｆ ２１／５１

Ｇ０６Ｆ ２１／５７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の装置を含むシステムであって、
前記第１の装置は、
第１の専用プロセッサ、第１の暗号化プロセッサ、及び第１の保護メモリセグメントを含む、ハードウェアプラットフォームの保護領域内の第１の処理リソースセットと、
第２の専用プロセッサ及び第２の保護メモリセグメントを含む、前記ハードウェアプラットフォームの非保護領域内の第２の処理リソースセットとを含み、
信頼できる特定目的のオペレーティングシステムが、前記第１の処理リソースセットでインスタンス化された信頼できる実行環境（ＴＥＥ）で実行され、第１の信頼できる特定目的のサービスプログラムが、前記信頼できる実行環境（ＴＥＥ）で前記信頼できる特定目的のオペレーティングシステムをサポートして実行され、
信頼できる一般的目的のオペレーティングシステムが、前記第２の処理リソースセットでインスタンス化された信頼できるリッチ実行環境（Ｔ－ＲＥＥ）で実行され、第１の信頼できる一般的目的のアプリケーションプログラムが、前記信頼できるリッチ実行環境（Ｔ－ＲＥＥ）で前記信頼できる一般的目的のオペレーティングシステムをサポートして実行される、システム。

【請求項2】

前記信頼できるリッチ実行環境（Ｔ－ＲＥＥ）は、前記第２の処理リソースセットで仮想マシンとしてインスタンス化される、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記第１の処理リソースセットでインスタンス化された前記信頼できる実行環境（ＴＥＥ）と前記第２の処理リソースセットでインスタンス化された前記信頼できるリッチ実行環境（Ｔ－ＲＥＥ）の間で転送されたデータが、機密性、完全性、及び認証のサービスによって保護され、
前記信頼できる実行環境（ＴＥＥ）によって使用された前記第１の処理リソースセット内の前記第１の保護メモリセグメントに記憶されたプログラム及びデータと、前記信頼できるリッチ実行環境（Ｔ－ＲＥＥ）によって使用された前記第２の処理リソースセット内の前記第２の保護メモリセグメントに記憶されたプログラム及びデータが、機密性及び完全性のサービスによって保護される、請求項１に記載のシステム。

【請求項4】

前記第１の装置は、第１の非専用プロセッサ及び第１の非保護メモリセグメントを含む、前記ハードウェアプラットフォームの非保護領域内の第３の処理リソースセットを更に含み、
一般的目的のオペレーティングシステムが、第３の処理リソースセットでインスタンス化されたリッチ実行環境（ＲＥＥ）で実行される、請求項１に記載のシステム。

【請求項5】

第３の処理リソースセットでインスタンス化された前記リッチ実行環境（ＲＥＥ）で実行されたプログラム及び処理されたデータが、機密性、完全性、又は認証のサービスによって保護されない、請求項４に記載のシステム。

【請求項6】

前記信頼できるリッチ実行環境（Ｔ－ＲＥＥ）がアイドルである、又は非アクティブ化されることに応じて、前記信頼できるリッチ実行環境（Ｔ－ＲＥＥ）がインスタンス化された前記仮想マシンが終了し、前記第２の処理リソースセットが解放されるが、前記第２の専用プロセッサが非専用プロセッサになり、保護メモリセグメントが非保護メモリの一部になる、請求項２に記載のシステム。

【請求項7】

前記第１の装置は、オープンインターコネクトに接続された共有バスを更に含み、前記第１の保護メモリセグメント、前記第２の保護メモリセグメント、及び第１の非保護メモリセグメントは、前記共有バスに接続され、前記第１の暗号化プロセッサは、前記共有バスに接続される、請求項１に記載のシステム。

【請求項8】

オープンインターコネクトを介して前記第１の装置に静的に接続された第２の装置を更に含み、前記第２の装置は、
第３の専用プロセッサ、第２の暗号化プロセッサ、及び専用メモリを含む、前記ハードウェアプラットフォームの保護領域内の第４の処理リソースセットを含む、請求項１に記載のシステム。

【請求項9】

前記第２の装置は、前記オープンインターコネクトに接続された専用バス、前記専用バスに接続された専用メモリ、及び前記専用バスに接続された第２の暗号化プロセッサを更に含み、
前記第１の処理リソースセット内の前記第１の暗号化プロセッサは、前記第１の装置と前記第２の装置の間で相互認証を行い、前記オープンインターコネクトを介してデータ転送に機密性、完全性、及び認証の保護を提供するように構成され、
前記第４の処理リソースセット内の前記第２の暗号化プロセッサは、前記第１の装置と前記第２の装置の間で相互認証を行い、前記オープンインターコネクトを介して転送されたデータに機密性、完全性、及び認証の保護を提供するように構成される、請求項８に記載のシステム。

【請求項10】

前記オープンインターコネクトは、２つの装置間の双方向の情報交換をサポートするための標準的なプロトコルを実装する通信チャネルである、請求項８に記載のシステム。

【請求項11】

信頼できる実行環境（ＴＥＥ）は、特定目的のセキュリティ機能を実行するためのソフトウェア実行環境であり、前記ＴＥＥは、装置の前記ハードウェアプラットフォームの保護領域でインスタンス化され、信頼できる特定目的のオペレーティングシステムを実行する、請求項１に記載のシステム。

【請求項12】

信頼できるリッチ実行環境（Ｔ－ＲＥＥ）は、信頼できる一般的目的のアプリケーションプログラムを実行するためのソフトウェア実行環境であり、前記Ｔ－ＲＥＥは、装置の前記ハードウェアプラットフォームの非保護領域で仮想マシンとしてインスタンス化され、信頼できる一般的目的のオペレーティングシステムを実行する、請求項１に記載のシステム。

【請求項13】

信頼できる特定目的のオペレーティングシステムは、標準的な操作手順に従って暗号化及びセキュリティ機能の実行をサポートするように構築されたオペレーティングシステムであり、前記信頼できる特定目的のオペレーティングシステムのオブジェクトコードの真正性及び完全性は、信頼できる組織によって検証され、オブジェクトコードのデジタル署名で認定され、前記信頼できる特定目的のオペレーティングシステムは、第１のセキュアブートプロセスで信頼できる実行環境（ＴＥＥ）にロードされ、前記信頼できる特定目的のオペレーティングシステムは、装置の電源投入又はリセット中に開始され、デジタル署名を検証する、請求項１に記載のシステム。

【請求項14】

前記信頼できる一般的目的のオペレーティングシステムは、前記信頼できる一般的目的のアプリケーションプログラムの実行をサポートするために構築されたオペレーティングシステムであり、前記信頼できる一般的目的のオペレーティングシステムのオブジェクトコードの真正性及び完全性は、信頼できる組織によって検証され、オブジェクトコードのデジタル署名で認定され、前記信頼できる一般的目的のオペレーティングシステムは、第２のセキュアブートプロセスで信頼できるリッチ実行環境（Ｔ－ＲＥＥ）にロードされ、前記信頼できる一般的目的のオペレーティングシステムは、Ｔ－ＲＥＥ仮想マシンのインスタンス化中に開始され、ＴＥＥで実行されたセキュリティ機能によって実行される、請求項１に記載のシステム。

【請求項15】

信頼できる特定目的のサービスプログラムは、プログラムの真正性及び完全性を有し、信頼できる組織によって検証され、前記信頼できる組織のデジタル署名で認定されたプログラムであり、前記信頼できる特定目的のサービスプログラムは、暗号化又はセキュリティ機能を実行し、前記信頼できる特定目的のサービスプログラムの出力は、前記信頼できる特定目的のサービスプログラムが前記信頼できる実行環境（ＴＥＥ）で実行されると、悪意のある変更がないものとして信頼される、請求項１に記載のシステム。

【請求項16】

信頼できる一般的目的のアプリケーションプログラムは、プログラムの真正性及び完全性を有し、信頼できる組織によって検証され、そのデジタル署名で認定されたプログラムであり、前記信頼できる一般的目的のアプリケーションプログラムの出力は、前記信頼できるリッチ実行環境（Ｔ－ＲＥＥ）で実行されると、悪意のある変更がないものとして信頼される、請求項１に記載のシステム。

【請求項17】

ヘテロジニアスコンピューティングシステムの第１の装置が、前記第１の装置の電源投入又はシステムリセット後、第１の暗号化プロセッサによって開始された第１のセキュアブート中に、前記第１の装置のハードウェアプラットフォームの保護領域内の第１の処理リソースセットでインスタンス化された、信頼できる特定目的のオペレーティングシステムを含む信頼できる実行環境（ＴＥＥ）を確立するステップであって、前記第１の処理リソースセットは、第１の専用プロセッサ、第１の保護メモリセグメント、及び前記第１の暗号化プロセッサを含むステップと、
前記第１の装置が、前記第１の処理リソースセット内の信頼できる実行環境（ＴＥＥ）の第１のセキュアブートが成功した後、第２のセキュアブート中に、前記第１の装置の前記ハードウェアプラットフォームの非保護領域内の第２の処理リソースセットで仮想マシンとしてインスタンス化された、信頼できる一般的目的のオペレーティングシステムを含む信頼できるリッチ実行環境（Ｔ－ＲＥＥ）を確立するステップであって、前記第２の処理リソースセットは、第２の専用プロセッサ及び第２の保護メモリセグメントを含むステップとを含む、ヘテロジニアスコンピューティングシステムのための方法。

【請求項18】

前記第１の装置の前記信頼できるリッチ実行環境（Ｔ－ＲＥＥ）の前記信頼できる一般的目的のオペレーティングシステムは、前記信頼できる実行環境の前記第１のセキュアブートが成功して完了した後、第２のセキュアブートによりインスタンス化され、前記信頼できる一般的目的のオペレーティングシステムは、信頼できる組織によって生成され、前記信頼できる実行環境（ＴＥＥ）の前記信頼できる特定目的のオペレーティングシステムによって信頼されたデジタル署名の検証により認証される、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

前記第１の装置のＴＥＥ通信エージェントを介して前記信頼できるリッチ実行環境（Ｔ－ＲＥＥ）と前記信頼できる実行環境（ＴＥＥ）の間で転送されたデータが、機密性、完全性、及び認証のサービスによって保護される、請求項１７に記載の方法。

【請求項20】

前記第１の装置の前記第１の処理リソースセット内の前記第１の暗号化プロセッサと、第２の装置の第４の処理リソースセット内の第２の暗号化プロセッサの間で相互認証手順を実行することにより、前記第１の装置の前記第１の処理リソースセット内の前記信頼できる実行環境（ＴＥＥ）が成功して確立された後、前記ヘテロジニアスコンピューティングシステムの前記第１の装置と前記第２の装置の間に信頼できる関係を確立するステップを更に含む、請求項１７に記載の方法。

【請求項21】

前記第１の装置と第２の装置の間の相互認証が成功して完了した後、前記ヘテロジニアスコンピューティングシステムの前記第１の装置の前記第１の暗号化プロセッサと前記第２の装置の第２の暗号化プロセッサの間で機密性、完全性及び認証の保護を有する安全な通信を確立するステップを更に含む、請求項１７に記載の方法。

【請求項22】

前記第１の装置の前記第１の処理リソースセット内の前記第１の暗号化プロセッサと第２の装置の第４の処理リソースセット内の第２の暗号化プロセッサの間の安全な転送により、前記ヘテロジニアスコンピューティングシステムの前記第１の装置の前記第２の処理リソースセット内の前記第２の専用プロセッサと前記第２の装置の前記第４の処理リソースセット内の第３の専用プロセッサの間で、機密性、完全性、及び認証の保護を有するプログラム及びデータの安全な転送を確立するステップを更に含む、請求項１７に記載の方法。

【請求項23】

前記ヘテロジニアスコンピューティングシステムの第２の装置の第４の処理リソースセット内の第３の専用プロセッサにおけるプログラム実行の状態が、第２の暗号化プロセッサを使用する専用メモリのコンテンツの符号付きハッシュ値を生成してから、前記第２の装置の前記第３の専用プロセッサから前記第１の装置の前記第２の処理リソースセット内の前記第２の専用プロセッサに前記符号付きハッシュ値を転送することにより検証され、前記信頼できるリッチ実行環境（Ｔ－ＲＥＥ）は、前記第２の処理リソースセットでインスタンス化される、請求項１７に記載の方法。

【請求項24】

前記第１の装置の第１の暗号化プロセッサが、前記信頼できる実行環境（ＴＥＥ）で前記信頼できる特定目的のオペレーティングシステムの前記第１のセキュアブートを実行し、前記ヘテロジニアスコンピューティングシステムの前記第１の装置と第２の装置の間で相互認証を行い、共有メモリ内の保護セグメントに記憶されたデータに機密性及び完全性の保護を提供し、共有バス及びオープンインターコネクトを介してデータ転送に機密性、完全性、及び認証の保護を提供するように構成され、
第２の暗号化プロセッサが、前記第１の装置と前記第２の装置の間で相互認証を行い、前記オープンインターコネクトを介して転送されたデータに機密性、完全性、及び認証の保護を提供するように構成される、請求項１７に記載の方法。

【請求項25】

前記第１のセキュアブート及び第２のセキュアブートは、オブジェクトコードのプロバイダ及びコンシューマとは区別される信頼できる組織によって発行されたオブジェクトコードのハッシュ値のデジタル署名を検証することにより、システムファームウェアとソフトウェアの真正性及び完全性をチェックするメカニズムである、請求項１７に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、オープンインターコネクトを介してヘテロジニアスプロセッサ上でリモート認証及び情報分離を備えた信頼できるコンピューティングを実行するためのシステム及び方法に関する。具体的には、本発明は、安全で信頼できるコンピューティングアーキテクチャ及びその動作方法に関する。本発明は、イーサネット（登録商標）、ＵＳＢ、ＳＰＩなどの標準的なオープンインターコネクトを介して中央処理装置（ＣＰＵ）に接続されたグラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）、ニューラル処理ユニット（ＮＰＵ）、ビデオ処理ユニット（ＶＰＵ）などのヘテロジニアス処理ユニットによって、実行されたプログラム、使用された解析モデル及び処理されたデータの真正性、機密性及び完全性の保証に関する。

【背景技術】

【0002】

ヘテロジニアスプロセッサのクラスタを保護するために特定のアクセス権を有するドメインを作成するというアイデアは、いくつかの研究で提案された。ただし、その提案には、特別なネットワークオンチップ（ＮｏＣ）のハードウェア設計（ＮｏＣファイアウォールと呼ばれる）が必要である。本発明では、この要件は、中央処理装置のクラスタとヘテロジニアス処理ユニットの間に静的な関連付けを確立することにより緩和された。このより単純な（かつ、より限定的な）設計により、ハードウェアを変更する必要がなくなり、既存の組み込みシステムにより適している。３つの異なる実行環境をインスタンス化して、重要な、信頼できる、及び信頼できないアプリケーションを実行するというアイデアは、いくつかの研究で提案された。ただし、この提案では、プロセッサを異なる実行環境に自由に関連付けることができるように、書き込みは一回限りだが読み取りは何度でもできるＮｏＣと呼ばれる特別なネットワークオンチップを使用することも要求される。マルチプロセッサシステム内の特定のプロセッサを各実行環境に関連付けることにより、本発明は、情報分離のメカニズムを単純化して特別なオンチップハードウェアの使用を回避する。

【発明の概要】

【0003】

本発明は、ヘテロジニアス処理ユニットによって、実行されたプログラム、使用された深層学習（ＤＬ）／機械学習（ＭＬ）モデル、及び処理されたデータの真正性、機密性及び完全性を保証できるコンピュータアーキテクチャ及びコンピューティング操作の両方を開示する。ヘテロジニアス処理ユニットはＸＰＵと略され、ここで、「Ｘ」が様々なタイプの特殊処理ユニットを指す。ヘテロジニアス処理ユニットは、イーサネット、ＰＣＩ、ＵＳＢ及びＳＰＩを含むがこれらに限定されない標準的なオープンインターコネクトを介して中央処理装置（ＣＰＵ）に接続された、グラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）、ニューラル処理ユニット（ＮＰＵ）、テンソル処理ユニット（ＴＰＵ）及びビデオ処理ユニット（ＶＰＵ）を含むがこれらに限定されない。ハードウェアメモリ管理ユニット（ＭＭＵ）又はバス調停／多重化ユニット（ＢＡＵ）を用いて情報分離を行うことなく、

【0004】

開示されたコンピュータアーキテクチャ及びコンピューティング操作は、コンピューティングタスク間の情報分離の保護、及びＣＰＵ及びＸＰＵの実行状態のリモート認証のサポートを行いながら、ＸＰＵ及びＣＰＵで信頼できるコンピューティングを実行することを可能にする。したがって、プログラム、ＤＬ／ＭＬモデル、及びデータの真正性、機密性、及び完全性を保証しながら、これらの処理装置で様々なコンピューティングタスクが実行される。

【0005】

本発明は、まず、１つ以上の専用ＣＰＵで構成されたシステムハードウェアプラットフォーム上の非保護領域及び共有バスで接続された共有メモリ内の専用領域にインスタンス化された仮想マシン（ＶＭ）において信頼できるリッチ実行環境（ｔｒｕｓｔｅｄ ｒｉｃｈ ｅｘｅｃｕｔｉｏｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ、Ｔ－ＲＥＥ）を確立するためのコンピュータ操作方法を開示する。Ｔ－ＲＥＥは、１つ以上の専用ＣＰＵ、暗号化プロセッサ、及びメモリ内の保護領域で構成されたシステムハードウェアプラットフォームの保護領域に確立された信頼できる実行環境（ｔｒｕｓｔｅｄ ｅｘｅｃｕｔｉｏｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ、ＴＥＥ）によって提供されたセキュリティサービスを使用して、Ｔ－ＲＥＥで処理されたプログラム、モデル、及びデータに、真正性、機密性、及び完全性の保護を提供して、同様に確立された他のＴ－ＲＥＥ及びＴＥＥからのセキュリティサポートなしで動作するリッチ実行環境（ｒｉｃｈ ｅｘｅｃｕｔｉｏｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎ、ＲＥＥ）で処理されたプログラムからそれらを分離する。

【0006】

本発明はまた、相互認証が成功して完了し、関連する暗号化プロセッサによりＣＰＵとＸＰＵ間で安全な通信チャネルが成功して確立された後、専用ＣＰＵ間で確立されたＴ－ＲＥＥによって提供された情報分離保護を、オープンインターコネクトを介してＣＰＵに接続されたＸＰＵを含むように拡張するためのコンピュータ操作方法を開示する。

【0007】

本発明はまた、関連する暗号化プロセッサを使用して、ＸＰＵとＴ－ＲＥＥ内の専用ＣＰＵの間で確立された安全な通信により、ＸＰＵの実行状態のリモート認証を実行するためのコンピュータ操作方法を開示する。

【0008】

本発明は、コンピュータシステムに２つの暗号化プロセッサをインストールし、一方を専用ＣＰＵに関連付け、他方をＸＰＵに関連付けることを必要とする。２つの暗号化プロセッサは、次のセキュリティ機能を実行できる必要がある。
（１）ＴＥＥ及びＴ－ＲＥＥで実行されるソフトウェアのセキュアブート、
（２）専用ＣＰＵとＸＰＵ間の相互認証、
（３）専用ＣＰＵとＸＰＵ間のデータ発信元認証、データ機密性、及びデータ完全性の保護を提供する安全な通信

【0009】

本発明はまた、コンピュータシステムが、プロセッサのオペレーティングシステム機能を実施し、ＸＰＵとＣＰＵ間のオープンインターコネクトを介して情報交換へのアフィニティを割り込んで、それらの情報交換をＴ－ＲＥＥの専用ＣＰＵに指示する標準機能を有することを必要とする。この機能は、オペレーティングシステムの標準機能である。

【0010】

本発明はまた、コンピュータシステムが、Ｔ－ＲＥＥ内の専用ＣＰＵと暗号化プロセッサを所有するＴＥＥ内の専用ＣＰＵの間の安全な情報交換をサポートする標準機能を有することを必要とする。この機能は、グローバルプラットフォームＴＥＥ標準仕様の基本機能である。

【0011】

前述の一般的な説明及び以下の詳細な説明の両方が例示的なものであり、特許請求される本発明の更なる説明を提供することを意図していることを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

【0012】

以下の添付図面を参照して、実施形態の以下の詳細な説明を読むことによって、本発明をより完全に理解することができる。

【0013】

【図1】ホストコンピュータサブシステム、ヘテロジニアスコンピュータサブシステム、及びこの２つのサブシステムを接続するオープンインターコネクトを含むヘテロジニアスコンピューティングシステムの機能的なアーキテクチャを示す概略図である。

【0014】

【図2】ヘテロジニアスコンピューティングシステムのソフトウェアアーキテクチャ、特に３つの異なる実行環境：信頼できる実行環境（ＴＥＥ）、信頼できるリッチ実行環境（Ｔ－ＲＥＥ）、及びＴ－ＲＥＥの拡張カバレッジを、ハードウェアプラットフォーム、及びハイパーバイザとともに示す概略図である。

【0015】

【図3】相互認証が成功して完了し、ＣＰＵとＸＰＵ間で安全な通信が確立された後、システムの電源投入又はリセットから信頼できる実行環境（ＴＥＥ）及び信頼できるリッチ実行環境（Ｔ－ＲＥＥ）をインスタンス化して、ＸＰＵを含むようにＴ－ＲＥＥカバレッジを拡張するブートシーケンスを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態を詳細に参照し、その例を添付図面に示す。可能な限り、同じ又は類似の部品を参照するために、図面及び説明において同じ参照番号が使用されている。モノのインターネット（ＩｏＴ）の出現により、大量のデータが様々なセンサーによって収集され、環境に組み込まれたコンピューティングノードによって分析される。このエッジ分析の新興のパラダイムでは、ＣＰＵ、ＧＰＵ、ＮＰＵ、及びＶＰＵ（総称してＸＰＵと呼ばれる）を備えた、エッジコンピューティングノードと呼ばれるヘテロジニアスコンピューティングシステムは、データのソース付近の複数のユーザのリアルタイムデータ分析を実行するために頻繁に使用される。マルチテナンシーをサポートするための要件－つまり、情報のプライバシーと主権を維持し、各ユーザの使用ポリシーを遵守しながら、共通のプラットフォームでコンピューティングタスクを実行できるようにする機能－は、ヘテロジニアスコンピューティングシステムに、異なるユーザのコンピューティングタスク間でデータの真正性、機密性、及び完全性の保護を提供して情報分離を実施するよう求める。ただし、組み込まれたヘテロジニアスコンピューティングシステム間でハードウェ仮想化のサポートを欠くため、システムレベルの情報分離はエッジコンピューティングノード間で適切に実施されない。

【0017】

本発明は、共有メモリを使用せずにＩ／Ｏチャネルを介して情報を交換するＣＰＵとＸＰＵの間で情報の真正性、機密性、及び完全性の保護を実施するためのソフトウェアシステムアーキテクチャ及び手続的方法を提供する。本発明は、一般的なアプリケーションに対する機密で信頼できるコンピューティングをサポートできるＣＰＵを備えたホストコンピュータのハードウェアプラットフォーム上の非保護領域に仮想マシン（ＶＭ）として信頼できるリッチ実行環境（Ｔ－ＲＥＥ）を確立する方法を含む。また、Ｔ－ＲＥＥの保護範囲を、オープンインターコネクトを介してホストコンピュータに接続されたＸＰＵを備えたヘテロジニアスコンピュータを含むように拡張する方法を含む。最後に、ホストコンピュータ上のＣＰＵとヘテロジニアスコンピュータ上のＸＰＵの両方の状態に対してリモート認証を行う方法を含む。

【0018】

以下の実施形態は、システムアーキテクチャに関する。

【0019】

図１を参照する。図１は、第１の装置（ホストコンピュータサブシステム１１０）、第２の装置（ヘテロジニアスコンピュータサブシステム１２０）、及びオープンインターコネクト１３０を含むヘテロジニアスコンピューティングシステム１００の機能的なアーキテクチャを示す概略図である。ヘテロジニアスコンピュータサブシステム１２０は、オープンインターコネクト１３０を介してホストコンピュータサブシステム１１０に静的に接続される。オープンインターコネクト１３０は、２つの装置間の双方向の情報交換をサポートするための標準的なプロトコルを実装する通信チャネルとして定義される。オープンインターコネクト１３０は、イーサネット、ＵＳＢ、ＳＰＩなどの標準的な通信チャネルを含むが、これらに限定されなく、これらのチャネルは、複数のサブシステムで同時に使用して、固有のデータ保護なしで情報交換を行うことができる。

【0020】

図１に示すとおりである。ホストコンピュータサブシステム１１０は、第１の専用プロセッサ（図１に示す専用中央処理装置（ＣＰＵ）１１２Ａ）、第２の専用プロセッサ（図１に示す専用ＣＰＵ１１２Ｂ）、第１の非専用プロセッサ（図１に示す非専用ＣＰＵ１１２Ｃ）、共有バス１１５、第１の暗号化プロセッサ（図１に示す暗号化プロセッサ１１３）、第１の保護メモリセグメント（図１に示す共有メモリの保護領域１１１Ａ）、第２の保護メモリセグメント（図１に示す共有メモリの保護領域１１１Ｂ）、及び第１の非保護メモリセグメント（図１に示す共有メモリの非保護領域１１１Ｃ）を含む。共有バス１１５は、オープンインターコネクト１３０に接続される。専用ＣＰＵ１１２Ａ、暗号化プロセッサ１１３、共有メモリの保護領域１１１Ａ、共有メモリの保護領域１１１Ｂ、及び共有メモリの非保護領域１１１Ｃは、共有バス１１５に接続される。

【0021】

共有メモリの保護領域１１１Ａ及び１１１Ｂは、暗号化プロセッサ１１３によって実行されたメモリ暗号化、又は共有メモリに統合されたメモリ管理ハードウェアによって実施されたアクセス制御により保護される。

【0022】

ホストコンピュータサブシステム１１０に関して、第１の暗号化プロセッサ１１３は、以下の２組の機能を実行するように構成される。ハードウェアの信頼のルートとして、システムソフトウェアのセキュアブートと、ＣＰＵ及び共有メモリの状態のリモート認証をリモートアテスタ（ｒｅｍｏｔｅ ａｔｔｅｓｔａｔｏｒ）に行うことができる。暗号化プロセッサとして、共有メモリの保護領域に記憶されたデータに機密性及び完全性の保護を提供することができる。

【0023】

ホストコンピュータサブシステム１１０とヘテロジニアスコンピュータサブシステム１２０の間の相互作用に関して、第１の暗号化プロセッサ１１３は、２つのサブシステム間の相互認証を行うように構成される。また、オープンインターコネクト１３０を介してプログラム、モデル、及びデータの転送に機密性、完全性、及び認証の保護を提供するように構成される。

【0024】

ホストコンピュータサブシステム１１０及びヘテロジニアスコンピュータサブシステム１２０は、オープンインターコネクト１３０を介してプログラム、モデル、及びデータを転送する。

【0025】

ヘテロジニアスコンピュータサブシステム１２０は、第３の専用プロセッサ（図１に示すヘテロジニアス処理ユニット（ＸＰＵ）１２２）、専用バス１２５、第２の暗号化プロセッサ（図１に示す暗号化プロセッサ１２３）、及びＸＰＵ１２２が使用する専用メモリ１２１を含む。ＸＰＵ１２２、暗号化プロセッサ１２３、及び専用メモリ１２１は、専用バス１２５を介して内部的に接続される。

【0026】

処理リソースセット１２４Ａ内の暗号化プロセッサ１２３は、ヘテロジニアスコンピュータサブシステム１２０とホストコンピュータサブシステム１１０の間で相互認証を行い、オープンインターコネクト１３０を介して転送されたプログラム、モデル、及びデータに機密性、完全性、及び認証の保護を提供するように構成される。

【0027】

更に、システム１００のホストコンピュータサブシステム１１０内の要素は、それらの実行環境に応じて、第１の処理リソースセット（図１に示す処理リソースセット１１４Ａ）、第２の処理リソースセット（図１に示す処理リソースセット１１４Ｂ）及び第３の処理リソースセット（図１に示す処理リソースセット１１４Ｃ）に分割することができる。システム１００のヘテロジニアスコンピュータサブシステム１２０内の要素は、第４の処理リソースセット（図１に示す処理リソースセット１２４Ａ）に分割することができる。

【0028】

処理リソースセット１１４Ａは、専用ＣＰＵ１１２Ａ、共有メモリの第１の保護領域１１１Ａ、及び暗号化プロセッサ１１３を含む。それらは、ホストコンピュータサブシステム１１０の保護領域にある。この領域のリソースの保護は、第１のプロセッサリソースセット１１４がヘテロジニアスコンピューティングシステム１００全体のハードウェアの信頼のルートとして機能できるように、ハードウェアで実装される。

【0029】

処理リソースセット１１４Ｂは、専用ＣＰＵ１１２Ｂ及び共有メモリの保護領域１１１Ｂを含む。これらは、ホストコンピュータサブシステム１１０の非保護領域にある。この領域のリソースの保護は、専用ＣＰＵ１１２Ｂ及び処理リソースセット１１４Ａで実行されたソフトウェアにより実装することができる。

【0030】

処理リソースセット１１４Ｃは、非専用ＣＰＵ１１２Ｃ及び共有メモリの非保護領域１１１Ｃを含む。これらも、ホストコンピュータサブシステム１１０の非保護領域にある。この領域のリソースの保護は実装されない。

【0031】

第４の処理リソースセット１２４Ａは、ＸＰＵ１２２、専用バス１２５、暗号化プロセッサ１２３、及び専用メモリ１２１を含む。それらは、ヘテロジニアスコンピュータサブシステム１２０の専用領域にある。この領域のリソースの保護は、ヘテロジニアスコンピュータサブシステム１２０の物理的分離と、オープンインターコネクト１３０を介して行われた交換に提供された機密性、完全性、及び認証の保護との組み合わせにより実装される。

【0032】

以下の実施形態は、信頼できる実行環境（ＴＥＥ）及び信頼できるリッチ実行環境（Ｔ－ＲＥＥ）の間の構造的及び機能的な相違点に関する。

【0033】

図２を参照する。図２は、ヘテロジニアスコンピューティングシステム１００のソフトウェアアーキテクチャ２００、特に３つの異なる実行環境：信頼できる実行環境（ＴＥＥ）２１０、信頼できるリッチ実行環境（Ｔ－ＲＥＥ）２２０、及びＴ－ＲＥＥ２２０の拡張カバレッジ２３０を、ハイパーバイザ２２２及びハードウェアプラットフォームとともに示す概略図である。なお、非保護リッチ実行環境（ＲＥＥ）は、本発明の一部ではないため、この図に示されない。処理リソースセット１１４Ｃでインスタンス化されたＲＥＥで実行されたプログラム及び処理されたデータは、機密性、完全性、又は認証のサービスによって保護されない。

【0034】

図２に示すように、ホストコンピュータサブシステム１１０のハードウェアプラットフォーム上の保護領域内の処理リソースセット１１４Ａは、信頼できる実行環境（ＴＥＥ）２１０をインスタンス化するように構成される。ハードウェアプラットフォームの非保護領域内の処理リソースセット１１４Ｂは、信頼できるリッチ実行環境（Ｔ－ＲＥＥ）２２０をインスタンス化するように構成される。ハードウェアプラットフォームの非保護領域内の処理リソースセット１１４Ｃは、リッチ実行環境（ＲＥＥ）２２０（図示せず）をインスタンス化するように構成される。一般的目的のオペレーティングシステムは、処理リソースセット１１４Ｃでインスタンス化されたＲＥＥで実行される。

【0035】

ＴＥＥ２１０は、信頼できる特定目的のオペレーティングシステム２１１、ＴＥＥ通信エージェント２１２、及び１つ以上の信頼できる特定目的のサービスプログラム２１３を含む。信頼できる特定目的のオペレーティングシステム２１１は、信頼できる実行環境２１０で実行される。信頼できる特定目的のサービスプログラム２１３は、信頼できる実行環境２１０で信頼できる特定目的のオペレーティングシステム２１１をサポートして実行される。

【0036】

信頼できる実行環境２１０は、特定目的のセキュリティ機能を実行するためのソフトウェア実行環境である。ＴＥＥ２１０は、装置のハードウェアプラットフォームの保護領域でインスタンス化され、信頼できる特定目的のオペレーティングシステムを実行する。

【0037】

Ｔ－ＲＥＥ２２０は、ハイパーバイザ２２２、信頼できる一般的目的のオペレーティングシステム２２１、及び１つ以上の信頼できる一般的目的のアプリケーションプログラム２２３を含む。Ｔ－ＲＥＥ２２０は、処理リソースセット１１４Ｂで仮想マシンとしてインスタンス化される。信頼できる一般的目的のオペレーティングシステム２２１は、Ｔ－ＲＥＥ２２０で実行される。信頼できる一般的目的のアプリケーションプログラム２２３は、Ｔ－ＲＥＥ２２０で信頼できる一般的目的のオペレーティングシステム２２１をサポートして実行される。

【0038】

Ｔ－ＲＥＥ２２０は、信頼できる一般的目的のアプリケーションプログラムを実行するためのソフトウェア実行環境である。Ｔ－ＲＥＥ２２０は、装置のハードウェアプラットフォームの非保護領域で仮想マシンとしてインスタンス化され、信頼できる一般的目的のオペレーティングシステム２２１を実行する。

【0039】

信頼できる一般的目的のアプリケーションプログラム２２３は、信頼できる組織によって検証され、そのデジタル署名で認定されたプログラムの真正性及び完全性を有するソフトウェアプログラムである。信頼できる一般的目的のアプリケーションプログラム２２３の出力は、Ｔ－ＲＥＥ２２０で実行されると、悪意のある変更がないものとして信頼される。

【0040】

信頼できる一般的目的のオペレーティングシステム２２１は、信頼できる一般的目的のアプリケーションプログラム２２３の実行をサポートするように構築されたオペレーティングシステムである。信頼できる一般的目的のオペレーティングシステム２２１のオブジェクトコードの真正性及び完全性は、信頼できる組織によって検証され、オブジェクトコードのデジタル署名で認定される。信頼できる一般的目的のオペレーティングシステム２２１は、第２のセキュアブートプロセスでＴ－ＲＥＥ２２０にロードされ、信頼できる一般的目的のオペレーティングシステム２２１は、Ｔ－ＲＥＥ仮想マシンのインスタンス化中に開始され、ＴＥＥ２１０で実行されたセキュリティ機能によって実行される。

【0041】

信頼できる特定目的のサービスプログラム２１３は、プログラムの真正性及び完全性を有し、信頼できる組織によって検証され、信頼できる組織のデジタル署名で認定されたプログラムであり、信頼できる特定目的のサービスプログラム２１３は、暗号化又はセキュリティ機能を実行し、信頼できる特定目的のサービスプログラム２１３の出力は、信頼できる特定目的のサービスプログラムがＴＥＥ２１０で実行されると、悪意のある変更がないものとして信頼される。

【0042】

以下の実施形態は、信頼できる実行環境（ＴＥＥ）２１０及び信頼できるリッチ実行環境（Ｔ－ＲＥＥ）２２０の確立を説明する。

【0043】

図３を参照する。図３は、ホストコンピュータサブシステム１１０とヘテロジニアスコンピュータサブシステム１２０の間の相互認証が成功して完了し、専用ＣＰＵ１１２Ｂ、専用ＣＰＵ１１２Ａ及びＸＰＵ１２２の間で安全な通信が確立された後、システムの電源投入又はリセットからＴＥＥ２１０及びＴ－ＲＥＥ２２０をインスタンス化して、ヘテロジニアスコンピュータサブシステム１２０を含むようにＴ－ＲＥＥ２２０カバレッジを拡張するブートシーケンスを示すフローチャートである。

【0044】

以下のステップは、信頼できる実行環境（ＴＥＥ）２１０を確立するために提供される。ＴＥＥ２１０は、ホストコンピュータサブシステム１１０の電源投入又はシステムリセット後に暗号化プロセッサ１１３が開始するセキュアブート中に、ホストコンピュータサブシステム１１０内のハードウェアプラットフォームの保護領域内の処理リソースセット１１４Ａでインスタンス化された信頼できる特定目的のオペレーティングシステム２１１を実行する。

【0045】

セキュアブートは、オブジェクトコードのプロバイダ及びコンシューマ以外の信頼できる組織によって発行されたオブジェクトコードのハッシュ値のデジタル署名を検証することにより、システムファームウェア及びソフトウェアの真正性及び完全性をチェックするメカニズムである。

【0046】

処理リソースセット１１４Ａは、ホストコンピュータサブシステム１１０に専用プロセッサ１１２Ａ、共有メモリの保護領域１１１Ａ、及び暗号化プロセッサ１１３を含む。暗号化プロセッサ１１３は、ＴＥＥ２１０で信頼できる特定目的のオペレーティングシステム２１１の第１のセキュアブートを実行し、共有メモリ内の保護セグメントに記憶されたデータに機密性及び完全性の保護を提供するように構成される。

【0047】

ステップ３１０は、ＲＯＭブートの実行であり、このステップでは、システムチェックを行い、ブートストラッププロセスを開始する。

【0048】

ステップ３１１は、第１のセキュアブートのステージ１の実行であり、このステップでは、信頼できるファームウェアを処理リソースセット１１４Ａにインストールする。

【0049】

ステップ３１２は、第１のセキュアブートのステージ２の実行であり、このステップでは、信頼できる特定目的のオペレーティングシステム２１１の検証及び処理リソースセット１１４Ａへのインストールを実行する。信頼できる特定目的のオペレーティングシステムは、標準的な操作手順に従って暗号化及びセキュリティ機能の実行をサポートするように構築されたオペレーティングシステムである。信頼できる特定目的のオペレーティングシステムのオブジェクトコードの真正性及び完全性は、信頼できる組織によって検証され、オブジェクトコードのデジタル署名で認定される。信頼できる特定目的のオペレーティングシステムは、第１のセキュアブートプロセスにおいて第１の処理リソースセットにロードされ、これにより、ホストコンピュータサブシステムの電源投入又はリセット中に、信頼できる特定目的のオペレーティングシステムのオブジェクトコードのデジタル署名が検証される。ＴＥＥ２１０は、第１のセキュアブートのステージ２が成功して完了した後に確立される。

【0050】

以下のステップは、信頼できるリッチ実行環境（Ｔ－ＲＥＥ）２２０を確立するために提供される。信頼できる一般的目的のオペレーティングシステム２２１を実行するＴ－ＲＥＥ２２０は、ホストコンピュータサブシステム１１０のハードウェアプラットフォームの非保護領域内の処理リソースセット１１４Ｂで仮想マシンとしてインスタンス化され、処理リソースセット１１４Ｂは、第２の専用プロセッサ１１２Ｂ及び共有メモリの保護領域１１１Ｂを含む。

【0051】

ステップ３１３、第２のセキュアブートのステージ１の実行：このステップでは、ハイパーバイザをインストールする。

【0052】

ステップ３１４は、第２のセキュアブートのステージ２の実行：このステップでは、処理リソースセット１１４Ｂ内の信頼できる一般的目的のオペレーティングシステム２２１の検証及びインストールを実行する。信頼できる一般的目的のオペレーティングシステム２２１は、ＴＥＥ２１０の第１のセキュアブートが成功して完了した後、第２のセキュアブートのステージ２にインストールされ、信頼できる一般的目的のオペレーティングシステムは、信頼できる組織によって生成されたデジタル署名の検証により認証されるため、ＴＥＥ２１０の信頼できる特定目的のオペレーティングシステム２１１によって信頼される。Ｔ－ＲＥＥ２２０は、第２のセキュアブートのステージ２が成功して完了した後に確立される。

【0053】

その結果、ＴＥＥ２１０によって使用された処理リソースセット１１４Ａの共有メモリの保護領域１１１Ａに記憶されたプログラム、モデル、及びデータと、Ｔ－ＲＥＥ２２０によって使用された処理リソースセット１１４Ｂの共有メモリの保護領域１１１Ｂに記憶されたプログラム及びデータは、機密性及び完全性のサービスによって保護される。

【0054】

また、ホストコンピュータサブシステム１１０内のＴＥＥ通信エージェント２１２を介してＴＥＥ２１０とＴ－ＲＥＥ２２０の間で転送されたプログラム、モデル、及びデータは、機密性、完全性、及び認証のサービスによって保護される。

【0055】

以下の実施形態は、専用ＣＰＵ１１２Ｂとヘテロジニアスプロセッサ（ＸＰＵ）１２２の間の安全な情報交換の確立によりＴ－ＲＥＥ２２０のカバレッジの拡張を説明する。

【0056】

ステップＳ３２０では、相互認証手順は、ホストコンピュータサブシステム１１０の処理リソースセット１１４Ａ内の暗号化プロセッサ１１３と、ヘテロジニアスコンピュータサブシステム１２０内の処理リソースセット１２４Ａ内の暗号化プロセッサ１２３の間で行われる。その結果、ホストコンピュータサブシステム１１０とヘテロジニアスコンピュータサブシステム１２０の間で信頼関係が確立される。

【0057】

ステップＳ３２１では、ホストコンピュータサブシステム１１０内の専用ＣＰＵ１１２Ａと、ヘテロジニアスコンピュータサブシステム１２０内のＸＰＵ１２２の間で安全な通信が確立される。安全な通信は、２つのサブシステム１１０及び１２０間の相互認証が成功して完了した後、ホストコンピュータサブシステム１１０の暗号化プロセッサ１１３及びヘテロジニアスコンピュータサブシステム１２０の暗号化プロセッサ１２３によって提供された機密性、完全性、及び認証のサービスによって保護される。

【0058】

ステップＳ３２２では、ＴＥＥ２１０とＴ－ＲＥＥ２２０の間で安全な通信が確立される。ＴＥＥ２１０が確立された処理リソースセット１１４Ａの専用ＣＰＵ１１２Ａと、Ｔ－ＲＥＥ２２０が確立された処理リソースセット１１４Ｂの専用ＣＰＵ１１２Ｂの間で安全な通信が行われる。安全な通信は、機密性、完全性、及び認証のサービスによって保護される。

【0059】

ステップＳ３２３では、ＴＥＥ２１０を介して、Ｔ－ＲＥＥ２２０とヘテロジニアスコンピュータサブシステム１２０の間で安全な通信が確立される。ホストコンピュータサブシステム１１０内の、ＴＥＥ２１０が確立された処理リソースセット１１４Ａ内の暗号化プロセッサ１１３と、ヘテロジニアスコンピュータサブシステム１２０内の暗号化プロセッサ１２３の間の安全な通信により、Ｔ－ＲＥＥ２２０が確立された処理リソースセット１１４Ｂ内の専用ＣＰＵ１１２Ｂとヘテロジニアスコンピュータサブシステム１２０内のＸＰＵ１２２の間で安全な通信が行われる。安全な通信は、機密性、完全性、及び認証のサービスによって保護される。

【0060】

ＴＥＥ２１０を介してヘテロジニアスコンピュータサブシステム１２０とＴ－ＲＥＥ２０２の間で安全な通信が成功して確立された後、ヘテロジニアスコンピュータサブシステム１２０は、Ｔ－ＲＥＥ２２０の拡張カバレッジに含まれる。

【0061】

ＴＥＥ２１０を介してヘテロジニアスコンピュータサブシステム１２０とＴ－ＲＥＥ２２０の間で安全な通信が成功して確立された後、ヘテロジニアスコンピュータサブシステム１２０内のＸＰＵ１２２におけるプログラム実行の状態は、暗号化プロセッサ１２３を使用して専用メモリ１１２のコンテンツの符号付きハッシュ値を生成して、符号付きハッシュ値を、ヘテロジニアスコンピュータサブシステム１２０から、ホストコンピュータサブシステム１１０内の、Ｔ－ＲＥＥが確立された処理リソースセット１１４Ｂに転送することにより検証される。

【0062】

Ｔ－ＲＥＥ２２０がアイドルである、又は非アクティブ化されることに応じて、Ｔ－ＲＥＥ２２０がインスタンス化された仮想マシンが終了し、処理リソースセット１１４Ｂが解放されるが、専用プロセッサ１１２Ｂが非専用プロセッサになり、共有メモリの保護領域１１１Ｂが非保護メモリの一部になる。

【0063】

本発明の範囲又は精神から逸脱することなく、本発明の構造に様々な修正及び変形を加え得ることは、当業者に明らかである。上記に鑑み、本発明は、以下の特許請求の範囲内にある本発明の修正及び変形をカバーすることが意図される。

【図1】

【図2】

【図3】