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云计算云计算FPGA的重大安全隐患：无需漏洞也能攻破( 三 )


为了应对这样的新型攻击方式 ， 一种防御方法就是在芯片上布置若干电压检测模块 ， 并实时监控不同区域的电压值 。 如果一旦出现电压攻击 ， 这些检测模块就可以锁定导致电压下降的源头 ， 并配合管理软件对这个用户区域进行封锁 。
在下图中 ， 使用了12000个耗电模块 ， 以及不同数量的电压检测单元 ， 出现异常的电压检测单元以黑点表示 。 可以看到 ， 当使用40个电压检测单元时（最右图） ， 就可以把攻击源头锁定在一个相对较小的区域中 。
云计算云计算FPGA的重大安全隐患：无需漏洞也能攻破
本文插图
此外 ， 电压下降带来的延时增加并非都是坏事 。 这涉及到一个重要的思维方式的转变 。 近年来 ， 一个比较流行的研究领域叫做“近似计算” ， 即Approximate Computing 。 它的主要观点是 ， 在很多特定的应用场景中 ， 并不需要做到100%的精确计算 ， 而这会带来可观的性能提升与功耗降低 。
例如 ， 有人专门对FPGA中数学运算进行过近似计算的研究 。 事实上 ， 对于上文提到的4位行波进位加法器 ， 它的最长进位链出现的概率只有3.1% 。 也就是说 ， 在某种程度的电压攻击时 ， 有96.9%的概率不会影响计算结果 。
关于近似计算的内容 ， 本文也不再展开 。 上面提到的这个FPGA近似计算的研究 ， 老石会上传到知识星球 ， 欢迎文末扫码进入星球查看并参与讨论 。
结语
当前 ， FPGA在云计算领域的应用正在蓬勃兴起 。 使用FPGA虚拟化技术 ， 让多个用户共同使用同一个FPGA的硬件加速资源 ， 也成为了一种常见的FPGA业务模型 。 然而 ， 这种业务模式也带来了一些前所未有的安全性问题 。 本文介绍的利用耗电单元进行FPGA电压攻击的方法 ， 就是这其中的一个 。
事实上 ， 从FPGA出现至今 ， 在大部分情况下它都是作为单一用户的器件而存在的 。 也就是说 ， 正是FPGA使用场景的不断扩展 ， 才会出现这些人们从未考虑过的问题 ， 并由此引发对FPGA技术本身更多、更新的思考 。 而这也将推动整个行业不断向前迈进 。
（注：本文仅代表作者个人观点 ， 与任职单位无关 。 ）
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