一种适配器、异构可信执行环境系统和数据传输方法与流程

本申请涉及机密计算，尤其涉及一种适配器、异构可信执行环境系统和数据传输方法。

背景技术：

1、在机密计算领域，为支撑中央处理器（central processing unit，cpu）与图形处理器（graphics processing unit，gpu）、神经网络处理器（neural processing unit，npu）、现场可编程门阵列（field-programmable gate array，fpga）等异构加速设备协同计算时的数据可用不可见，需构建跨异构设备的可信执行环境。常规方案中依赖特定型号支持机密计算能力的异构加速设备，进而受限于特定硬件、兼容性较差；或者在cpu侧进行硬件改造，但会存在改造成本较高，且易引发与现有系统的兼容性问题。因此，如何构建兼容性较强、通用性较好的异构可信执行环境是本领域技术人员亟需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本申请提供了一种适配器、异构可信执行环境系统和数据传输方法，以至少解决相关技术中因依赖特定型号支持机密计算的异构加速设备而导致兼容性差、以及因cpu侧硬件改造而导致成本高且影响系统兼容性的问题。

2、本申请提供了一种适配器，包括处理器、前端接口和后端接口；通过前端接口与主机连接；通过后端接口与处理器、至少一个异构加速设备连接；处理器包括可信根接口、协议处理器、密钥处理器和寄存器；

3、可信根接口，用于获取私钥；

4、协议处理器分别与前端接口、可信根接口、密钥处理器和寄存器连接，用于与主机建立可信通道，基于私钥确定与主机的远程证明报告，并将远程证明报告经可信通道发送至主机；

5、密钥处理器，用于在主机对远程证明报告验证通过后生成共享密钥，以构建可信执行环境；

6、寄存器与密钥处理器连接，用于存储共享密钥，以建立主机与至少一个异构加速设备之间的数据传输通道。

7、本申请还提供了一种异构可信执行环境系统，包括主机、适配器和至少一个异构加速设备；

8、主机和至少一个异构加速设备均与适配器连接。

9、本申请还提供了一种数据传输方法，应用于适配器；适配器包括处理器、前端接口和后端接口；通过前端接口与主机连接；通过后端接口与处理器、至少一个异构加速设备连接；处理器包括可信根接口、协议处理器、密钥处理器和寄存器；协议处理器分别与前端接口、可信根接口、密钥处理器和寄存器连接；寄存器与密钥处理器连接；方法包括：

10、控制协议处理器与主机建立可信通道，基于私钥确定与主机的远程证明报告，并将远程证明报告经可信通道发送至主机；

11、控制密钥处理器在主机对远程证明报告验证通过后生成共享密钥，以构建可信执行环境；

12、控制寄存器存储共享密钥，以建立主机与异构加速设备之间的数据传输通道。

13、通过本申请，首先，增加独立于主机和异构加速设备之外的适配器作为中间桥梁，无需异构加速设备自身具备机密计算能力，即可即将各异构加速设备纳入可信执行环境，也无需对主机和异构加速设备的硬件架构进行改造，降低硬件改造成本，提高兼容性。其次，处理器内部的各器件组成，确保可信执行环境构建的可靠性和高效性，且可信根接口为适配器和所连接的异构加速设备提供信任的私钥，使得原本不具备可信根的异构加速设备能够依托适配器的可信根参与认证。再次，协议处理器基于私钥确定远程证明报告，使得主机能够验证异构加速设备的安全性状态，来确保数据传输和计算在可信环境中进行。通过建立可信通道，适配器与主机之间提供安全的控制通信链路，确保远程证明过程中身份证书、度量信息等不被窃取或篡改，保证身份认证过程的完整性和保密性。另外，密钥处理器在主机远程证明验证通过后生成共享密钥，确保只有在主机确认异构加速设备安全可信的前提下才进行密钥生成，为数据传输提供加密保护，防止未经授权的实体窃取或篡改数据。最后，寄存器存储共享密钥，使适配器能够基于共享密钥建立主机与异构加速设备之间的安全的数据传输通道，对数据传输路径进行保护，防止数据在传输过程中被泄露或被非法访问，形成跨越主机和异构加速设备的可信执行环境，实现数据在传输、存储的安全防护。

14、由于本申请在主机与异构加速设备之间增设适配器，处理器内部集成可信根接口、协议处理器、密钥处理器和寄存器四个硬件单元，整个过程无需异构加速设备自身具备机密计算功能，也无需对cpu和异构加速设备的硬件架构进行任何改造。因此，可以解决常规方案中因依赖特定型号支持机密计算的异构加速设备而导致兼容性差、以及因cpu侧硬件改造而导致成本高且影响系统兼容性的技术问题，达到将普通异构加速设备纳入可信执行环境、兼容性强、通用性好、无需硬件改造、降低成本的技术效果。

1.一种适配器，其特征在于，包括处理器、前端接口和后端接口；通过所述前端接口与主机连接；通过所述后端接口与所述处理器、至少一个异构加速设备连接；所述处理器包括可信根接口、协议处理器、密钥处理器和寄存器；

2.根据权利要求1所述的适配器，其特征在于，在所述主机支持可信执行环境的设备接口安全协议时，建立所述主机与至少一个异构加速设备之间的数据传输通道，包括：

3.根据权利要求2所述的适配器，其特征在于，所述适配器还包括数据缓冲器；

4.根据权利要求1所述的适配器，其特征在于，在所述主机不支持可信执行环境的设备接口安全协议时，建立所述主机与至少一个异构加速设备之间的数据传输通道，包括：

5.根据权利要求4所述的适配器，其特征在于，适配器还包括数据缓冲器；

6.根据权利要求2所述的适配器，其特征在于，所述适配器通过多个后端接口分别连接多个异构加速设备；

7.根据权利要求6所述的适配器，其特征在于，在构建一个异构可信执行环境，且所述适配器经多个后端接口分别连接多个异构加速设备时，多个所述异构加速设备对应同一个共享密钥和同一个安全传输密钥。

8.根据权利要求6所述的适配器，其特征在于，在构建多个异构可信执行环境，且所述适配器经多个后端接口分别连接多个异构加速设备时，各异构可信执行环境分别与同一个异构加速设备的不同可信执行环境对应的设备接口绑定；各异构可信执行环境的共享密钥和安全传输密钥互不相同；

9.根据权利要求1所述的适配器，其特征在于，所述可信根接口用于从可信根获取的私钥时，所述可信根独立于适配器设置，所述可信根与所述适配器的可信根接口通信连接。

10.一种异构可信执行环境系统，其特征在于，包括主机、如权利要求1至9任意一项所述的适配器和至少一个异构加速设备；

11.一种数据传输方法，其特征在于，应用于适配器；所述适配器包括处理器、前端接口和后端接口；通过所述前端接口与主机连接；通过所述后端接口与所述处理器、至少一个异构加速设备连接；所述处理器包括可信根接口、协议处理器、密钥处理器和寄存器；所述协议处理器分别与所述前端接口、所述可信根接口、所述密钥处理器和所述寄存器连接；所述寄存器与所述密钥处理器连接；所述方法包括：

12.根据权利要求11所述的数据传输方法，其特征在于，所述基于私钥确定与所述主机的远程证明报告，包括：

13.根据权利要求12所述的数据传输方法，其特征在于，在经所述后端接口收集所述异构加速设备的第二度量信息之前，还包括：

14.根据权利要求12所述的数据传输方法，其特征在于，所述远程证明报告的验证过程，包括：

15.根据权利要求14所述的数据传输方法，其特征在于，在所述远程证明报告的合法性校验通过之后，还包括：