Arm 物聯(lián)網兼嵌入式事業(yè)部業(yè)務拓展副總裁 馬健 Chloe Ma
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物聯(lián)網 (IoT) 現(xiàn)正處在一個意義非凡的時刻。隨著人工智能 (AI) 的快速發(fā)展，云原生 DevOps 開發(fā)方式在數(shù)據(jù)中心之外迅速擴展，以及越來越多大規(guī)模的設備和計算的部署，物聯(lián)網行業(yè)面臨著一個明顯的拐點——支持和管理潛在巨大規(guī)模的物聯(lián)網部署所需的必要技術已經達到了成熟的臨界點。物聯(lián)網正在擴大規(guī)模并加速發(fā)展，進而驅動著全新的經濟。而 Arm 生態(tài)系統(tǒng)正是這一巨大機遇背后的推動力。
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Arm 之所以是物聯(lián)網成功的關鍵，有以下三大主要原因。首先，它是目前承載智能物聯(lián)邊緣算力的主要架構。在 2021 年出貨的近 300 億顆基于 Arm 架構的芯片中，有 2/3（近 200 億顆）被部署到了物聯(lián)網和嵌入式應用中。這是一個非常驚人的規(guī)模，并且它的絕對規(guī)模和計算能力（性能）每年都在增長。其次，Arm 的軟件生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)勢明顯，沒有其他任何一家公司能夠將來自移動端、AI、云、高性能計算 (HPC)、汽車、嵌入式和物聯(lián)網的開發(fā)者及軟件提供商匯聚在一起。但凡有需要計算的應用，就會有開發(fā)者在使用 Arm 架構。最后，Arm 生態(tài)系統(tǒng)在推動關鍵的標準化舉措方面走在行業(yè)前沿，它可以確保碎片化不會成為擴展規(guī)模的阻礙。Arm 多方生態(tài)系統(tǒng)的多樣性和差異化的內在價值為開發(fā)者提供了一致且無縫融合的起始點，從而開發(fā)者可以將時間花在創(chuàng)新上，而非用于整合或解決不兼容問題。標準化必須涵蓋 IoT 功能的基本要素，其中“安全”便是重中之重。
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物聯(lián)網的成功依賴于信任：必須不惜一切代價保證物聯(lián)網設備及其生成、存儲和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的安全性。幸運的是，Arm 和合作伙伴多年來一直攜手合作。在這個機遇迅速擴展的時刻，以安全為宗旨的物聯(lián)網設計所需的標準和技術得到了廣泛認可和使用。
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始于標準 —— PSA Certified
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物聯(lián)網從根本上改變了嵌入式計算對安全性的要求。以前，更高級別的安全性僅在某些特定市場起到錦上添花的作用。而現(xiàn)在，幾乎所有設備都可能并且將會被連接到互聯(lián)網，因此，每個設備都需要一個強大且一致的安全基線。專有的差異化解決方案無法擴展到物聯(lián)網所需的大規(guī)模程度。Arm 意識到，有必要超越我們在架構和軟硬件技術方面的投資，進而推動整個行業(yè)建立通用的安全標準。
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鑒于這個愿景，Arm 在 2017 年主導創(chuàng)建了平臺安全架構 (PSA, Platform Security Architecture)，該架構的目標是為互聯(lián)設備提供信任基礎。2019 年，它演變?yōu)?PSA Certified，該認證是針對物聯(lián)網的綜合安全保障框架，由 6 家行業(yè)安全領導者共同設計而成。PSA Certified 的推出建立于 Arm 在安全方面的長期投資之上，為物聯(lián)網設備提供了強有力的原則，從而確保遵循設計安全和最佳實踐。
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得益于安全框架和認證計劃，PSA Certified 為原本非常分散的市場帶來了針對物聯(lián)網安全解決方案的整合。PSA Certified 對安全的信任根 (Root of Trust, RoT) 的含義進行了標準化，目前，包括 70 款芯片在內的100 余個產品均采用了這一標準，為全球物聯(lián)網開發(fā)者簡化了建立在 RoT 基礎上的物聯(lián)網安全開發(fā)。
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安全的標準化對于生態(tài)系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展是至關重要的，也是必不可少的：根據(jù)《PSA Certified 2022安全性報告》顯示，96% 的受訪者希望有行業(yè)主導的指導方針來幫助部署安全性，這一比例較 2021 年的 84% 上升了 12%。
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從芯片著手，將標準付諸實踐
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物聯(lián)網安全性的標準化方法固然不錯，但產品設計者仍需在芯片和軟件中進行實現(xiàn)。Arm 攜手行業(yè)合作伙伴開展密切合作，在這兩個方面進行不懈努力，確保在基于 Arm 架構設計物聯(lián)網設備時，構建 PSA Certified 設備是達到安全目標阻力最小的路徑。
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Arm 物聯(lián)網全面解決方案 (Arm Total Solutions for IoT) 將 Arm 出色的軟硬件整合到經過驗證的預集成解決方案中，為芯片設計者提供預集成的 Arm Corstone 的完整子系統(tǒng)，其中搭配 Arm Cortex 和 Ethos 處理器，并且支持 Arm TrustZone 。
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Arm TrustZone 是保護敏感程序代碼的一項關鍵技術，并且數(shù)據(jù)可以在 CPU 中實現(xiàn)硬件強制隔離。隔離可以確保敏感的工作負載與資產始終對不安全的應用保持透明狀態(tài)。作為建立 PSA-RoT 的起點之一，它可在同一芯片內提供安全（可信）和非安全（不可信）區(qū)域。TrustZone 支持在 MCU 中啟用安全處理環(huán)境 (Secure Processing Environment, SPE)，并在應用處理器中啟用可信執(zhí)行環(huán)境 (Trusted Execution Environment, TEE)。這些安全執(zhí)行環(huán)境可以防止身份驗證機制、加密密鑰材料和其他敏感數(shù)據(jù)被受損操作系統(tǒng)或在非安全環(huán)境中運行的惡意應用濫用。
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TrustZone 在 2004年就已應用于應用級處理器，并于 2016 年被添加到 Cortex-M 系列中，成為在簡單、低功耗的物聯(lián)網終端以及更復雜的設備中實現(xiàn)隔離的可選方案。
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芯片設計者從 Arm 物聯(lián)網全面解決方案和 Arm Corstone 入手，可以確保為客戶提供所需的基礎組件，從而交付安全的物聯(lián)網設備。
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通過軟件將安全性延伸到上層
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如果沒有知曉如何正確利用硬件功能的軟件實施，以逐層構建安全性，包含 Arm TrustZone 在內的硬件功能將對安全性毫無幫助。Arm 在提供優(yōu)良硬件安全功能的同時，還為許多重要的開源軟件項目做出過顯著的貢獻，從而確保軟件開發(fā)者可以輕松并持續(xù)地訪問和集成由 PSA Certified 指定的關鍵基礎安全功能，以充分利用 Arm TrustZone 等類似功能。
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可信固件為 Arm Cortex-A 和 Cortex-M 處理器提供了安全的參考軟件實施。可信固件的實施符合 PSA Certified 指南，它利用應用處理器的可信執(zhí)行環(huán)境 (TEE) 和微控制器的安全處理環(huán)境 (SPE) 作為基礎。
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Trusted Firmware-M (TF-M) 為基于 Arm Cortex-M 的設備提供參考實施，這些設備通常用于語音、振動和視覺等低功耗的物聯(lián)網終端應用。
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TF-M 通過提供加密、安全存儲和證實等安全運行時安全服務，使芯片、實時操作系統(tǒng)和設備能夠滿足 PSA Certified 要求。通過 PSA 功能 API，對用于訪問這些服務的接口進行了全面標準化。TF-M 還完全集成了 Mbed OS、FreeRTOS 等關鍵的實時操作系統(tǒng)。
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另一個例證是 Parsec 項目。PARSEC (Platform ARchitecture for SECurity) 是一項開源計劃，通過獨立于平臺的方式，針對硬件安全和加密服務提供通用 API。這個抽象層使工作負載與物理平臺細節(jié)分離，從而在數(shù)據(jù)中心和邊緣實現(xiàn)云原生交付流程。
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為全新的物聯(lián)網經濟奠定根基
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出眾的計算應用，支持各種應用計算的出色軟件生態(tài)系統(tǒng)，以及以行業(yè)為主導的協(xié)作方法，這些方面相結合，可以設定關鍵的基礎標準，并以此為基礎，實現(xiàn)各項創(chuàng)新的蓬勃發(fā)展。Arm助力物聯(lián)網的方法旨是協(xié)助Arm的合作伙伴取得成功，以確保他們能夠參與定義全新的市場和經濟，而物聯(lián)網將為全球企業(yè)帶來巨大的數(shù)據(jù)和洞察力。信任和安全是釋放物聯(lián)網最大潛力的基礎， Arm的生態(tài)系統(tǒng)在安全領域厚積薄發(fā)，必將成為新的物聯(lián)網經濟的中流砥柱。
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