面向可验证指令执行的语义感知安全处理器

本发明实施例涉及处理器体系结构、集成电路设计及可信计算，尤其涉及面向可验证指令执行的语义感知安全处理器。

背景技术：

1、现有通用处理器在执行指令时，主要基于指令集架构对指令进行语法级解析，并结合特权级控制与存储访问控制机制对执行过程进行约束。然而，该类控制机制仅针对指令格式及资源访问合法性，无法刻画指令的语义意图，也无法判断指令是否满足系统策略或是否来源可信。

2、随着大语言模型驱动的自动化系统与智能代理系统的发展，指令生成逐渐由模型完成，其输出形式通常为高层语义驱动的操作请求。尽管在软件层可对指令进行解析与安全检查，但一旦指令进入处理器执行路径，其执行过程不再受到语义级约束，从而可能出现如下问题：指令在执行过程中被替换或篡改；不满足系统策略的指令仍被执行；处理器缺乏感知能力；执行结果缺乏可验证性。

3、现有基于可信执行环境或安全模块的方案，通常将安全机制置于执行路径之外，未改变处理器流水线本身的执行逻辑。因此，该类方案无法在硬件层面实现对执行行为的强制约束，也无法提供执行结果的可信证明。

4、因此，目前缺乏一种在处理器微架构层面实现语义约束与执行可验证机制的技术方案，使指令执行既满足语义与策略约束，又具备可验证性。

5、上述描述的背景技术部分，仅为发明人根据理解所做的描述，上述内容不应该作为在本申请的申请日之前公开的现有技术证据。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种面向可验证指令执行的语义感知安全处理器，用以在处理器微架构层面实现语义约束与执行可验证机制的技术方案，使指令执行既满足语义与策略约束，又具备可验证性，包括：

2、指令获取单元，用于读取待执行的指令；

3、指令译码单元，用于对指令进行译码，生成操作表示；

4、语义解析单元，用于基于操作表示生成与所述指令对应的语义摘要；

5、策略执行单元，用于基于语义摘要，在内部策略表中执行策略匹配，并生成策略验证结果；

6、执行门控单元，用于进行指令有效性判断、语义摘要的有效性判断、策略验证结果的有效性判断、指令所需的上下文约束及当前上下文标识的匹配判断，并生成执行使能信号或阻断信号；

7、执行单元，用于当执行门控单元输出执行使能信号时，执行所述指令；当执行门控单元输出阻断信号时，不执行所述指令。

8、本发明实施例中，通过在流水线中引入语义解析单元和策略执行单元，将安全判断从指令格式是否正确提升至指令意图是否被允许的语义层面，使任何不符合系统策略的指令在执行前即被识别，加上执行门控单元进行阻断，从而在硬件底层实现了对执行行为的语义级强制约束。区别于将安全机制置于执行路径之外的传统方案，本发明将执行门控单元嵌入流水线核心路径，并使其输出直接控制执行单元的启动。该门控机制不依赖操作系统或应用软件，且不提供任何软件可编程的旁路路径，从而在物理层面确保了任何未经语义与策略验证的指令均无法进入执行阶段，显著提升了对指令注入、篡改等攻击行为的防御能力。本发明通过在处理器内部完成对指令的语义解析、策略匹配及执行授权，使一条指令是否满足安全约束并被实际执行这一过程具备了在硬件层面被记录和追溯的可能。执行门控单元生成的执行使能或阻断信号可作为执行行为的原生证据，支撑后续的执行结果验证与安全审计，增强了处理器的整体可信性。针对大语言模型驱动的自动化系统，其生成的指令天然具有高层语义属性。本发明的语义感知架构能够直接解析此类指令的意图并依据策略进行管控，将外部智能体的行为纳入处理器的硬件安全约束域内，从而有效解决了智能代理系统在执行层面的安全可控问题，拓展了处理器的应用安全性边界。本发明将安全逻辑直接集成于处理器流水线的原有阶段（译码、执行等），语义解析与策略匹配等操作与流水线固有操作并行进行。整个安全检查路径不引入额外的流水线长周期或复杂的软件交互，从而在提供强安全属性的同时，保持了处理器的高性能执行效率。

1.一种面向可验证指令执行的语义感知安全处理器，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的面向可验证指令执行的语义感知安全处理器，其特征在于，指令获取单元用于：

3.如权利要求1所述的面向可验证指令执行的语义感知安全处理器，其特征在于，所述操作表示至少包括操作类型、操作数位置及执行控制信息。

4.如权利要求1所述的面向可验证指令执行的语义感知安全处理器，其特征在于，所述语义解析单元通过硬件映射逻辑或微码机制实现。

5.如权利要求1所述的面向可验证指令执行的语义感知安全处理器，其特征在于，还包括多个流水线寄存器，所述流水线寄存器包括：

6.如权利要求5所述的面向可验证指令执行的语义感知安全处理器，其特征在于，执行门控单元包括：

7.如权利要求6所述的面向可验证指令执行的语义感知安全处理器，其特征在于，所述门控输入锁存寄存器包括指令有效位寄存器、语义摘要寄存器、语义有效位寄存器、策略通过寄存器、所需上下文寄存器及上下文标识寄存器；

8.如权利要求7所述的面向可验证指令执行的语义感知安全处理器，其特征在于，输入锁存子模块用于：

9.如权利要求7所述的面向可验证指令执行的语义感知安全处理器，其特征在于，校验比较子模块，用于：

10.如权利要求7所述的面向可验证指令执行的语义感知安全处理器，其特征在于，门控控制子模块用于：

11.如权利要求7所述的面向可验证指令执行的语义感知安全处理器，其特征在于，执行门控单元还包括异常控制子模块，用于：

12.如权利要求11所述的面向可验证指令执行的语义感知安全处理器，其特征在于，执行门控单元还包括失败原因寄存器；

13.如权利要求7所述的面向可验证指令执行的语义感知安全处理器，其特征在于，执行门控单元还包括门控状态寄存器；

14.如权利要求1所述的面向可验证指令执行的语义感知安全处理器，其特征在于，还包括认证生成单元，用于：