后量子时代信任架构： 为密码学的颠覆性革命做好准备

　　我们的数字世界正在经历深刻变革。云计算、人工智能（AI）和机器学习（ML），以及量子计算力的兴起，正在重塑提供网络保护和保障网络安全的方式。更重要的是，这些变化发生在风险与行业规范不断演进的背景下——随着“先收集，后解密”式攻击的盛行，商业国家安全算法套件（CNSA）2.0、零信任架构、以及安全协议和数据模型（SPDM）等标准在更新后陆续出台。

　　传统的硬件安全模型已经无法跟上这一不断变化的形势。面对全新的挑战，我们不能停留在过去，现在所需的安全基础架构要有良好的适应性、可互操作性以及韧性， 能够随着不断变化的攻击威胁和监管环境而发展。

　　FPGA作为信任根（RoT）的作用

　　FPGA正在改变硬件体系中信任根的含义。这些芯片为工程师和开发人员提供了动态且可重新配置的能力，而这是传统的静态芯片解决方案所不具备的。与这些静态解决方案不同，FPGA具备以下优势：

　　敏捷性。可在部署前进行编程，并在部署后重新编程，以支持不断发展的标准和算法，而无需进行硬件更新。

　　内置安全性。FPGA内置多种安全功能，包括安全启动、证明和密钥存储。

　　长期性。FPGA具有适应性强的特点，这使其成为可能随时间不断演变的长生命周期系统的理想选择，适用于数据中心、通信、人工智能基础设施等。不断变化的攻击威胁和后量子加密（PQC）等新解决方案也要求安全保护架构具备适应性，以满足最新的需求。

　　莱迪思的FPGA器件，如全新的MachXO5-NX™ TDQ系列，可作为系统信任根，将后量子加密等先进安全功能与FPGA的灵活性和处理能力相结合。这种硬件适应性与内置安全性的平衡，可以在系统从传统安全方法过渡到准备应对后量子时代时，为其提供坚实的基础。

　　利用FPGA构建新型信任架构

　　基于FPGA的“新型信任架构”集成了互补技术，从固件到云端提供多层安全保护。每一层都有助于强化下一层的保护，从而提供一个全面、可验证且适应性强的安全模型。该架构的组成部分包括：

　　实现后量子加密所需的平台固件保护恢复（PFR）。固件是平台安全的基础，它初始化硬件并建立整个系统的信任链。对固件的攻击尤其危险，因为它们在整个系统的操作系统（OS）之下运行，使得检测和预防更加困难。

　　为了防范此类攻击，AMI的Tektagon PFR框架利用基于FPGA的信任根来：

　　实施美国国家标准与技术研究院（NIST）SP 800-193标准，用于固件检测、保护和恢复。

　　集成支持后量子加密的安全流程，使用ML-DSA/LMS和ML-KEM等算法来保护固件完整性。

　　支持混合签名验证和双启动工作流程，提供传统和后量子加密双重保护。

　　集成SPDM标准，支持可验证的证明，并实现子系统之间完整性证据的实时交换。

　　以FPGA为基础，此PFR解决方案提供了一个强大且可升级的安全基础，能够支持不断发展的后量子加密算法，而无需用高昂的成本进行重新设计。

　　量子随机数生成器（QRNG）。作为每个密钥、签名和凭证的基础，熵是所有密码学工作的核心。由于传统的伪随机数生成器（PRNG）和真随机数生成器（TRNG）依赖于确定性算法或可能存在偏差，因此它们无法保证真正可测试的不可预测性。另一方面，QRNG利用量子现象来生成真正可测量的随机性和可验证的熵。在后量子加密解决方案中，纯正且可验证的熵变得尤为重要，因为这些算法具有大型密钥和多次签名。在后量子加密中，熵是攻击面，而QRNG则大幅减小了这一攻击面。

　　Quside的QRNG模块可直接在启动和运行时集成到FPGA信任根中，确保安全密钥生成和配置。这反过来又保证了可观察和可验证的随机性的生成，以满足零信任标准和后量子生态系统要求。

　　固件可信平台模块。TPM是平台信任的基石，支持安全启动、证明、密钥存储和加密等功能。传统TPM占用电路板空间、增加成本、容易引入新的攻击向量，并使硬件系统的更新和供应链变得复杂化。

　　然而，像SecEdge SEC-TPM这样的固件TPM（fTPM）可直接集成到FPGA信任根中，从而无需使用独立芯片、释放电路板空间，并通过将密钥管理限制在一个芯片中来减少攻击面。这有助于支持动态更新和策略执行，同时仍符合现有的TPM和安全标准。

　　为未来的信任架构奠定基础

　　量子计算的兴起、人工智能和机器学习解决方案的演进以及更先进安全框架的普及，要求工程师重新思考如何在硬件系统中建立和维护安全信任。通过结合实时适应性、韧性和全面的安全性，基于FPGA的“新型信任架构”为平台安全提供了一个具有适应性、可测量且面向未来的基础——无惧现在还是未来。

　　即刻探索莱迪思FPGA安全解决方案如何成为系统信任和安全的基础，并立即联系我们的团队，开始构建更安全的未来。