晶片服役長達20年,PQC遷移牽動晶片PPA設計競賽

半導體是台灣產業的強項,相關資安防務進展也同樣備受矚目,特別是在近年熱門的PQC議題上。身為密碼學家、硬體安全產業人士,也是台大數學系兼任助理教授的陳君明在近日一場亞洲晶片資安研討會上,闡釋近半年的全球PQC遷移動向之餘,也點出更深層與半導體產業相關的PQC遷移挑戰。這點過去外界較少提及,陳君明逐一剖析這方面的發展態勢,指出軟體雖可透過OTA進行修補更新,但實體矽晶片受限於結構性研發時程,難以靈活調整。

陳君明舉例,晶片硬體的生命週期長達10到20年,這意味著,今天針對汽車、衞星和關鍵基礎設施所設計並下單投片的微控制器(MCU)和系統單晶片(SoC),其服役年限將延續至2035年以後,仍持續在市場上運作,然而,屆時已是量子威脅預期達到高峯之際。換言之,若晶片設計階段未及早導入PQC防護,屆時即便威脅已現,由於硬體仍在服役、架構卻已無法更動,等同留下一段長期難解的資安空窗期。

此外,這在晶片設計領域引發一場極致的PPA(效能、功耗與晶片面積)競賽,這不是什麼新消息,而是產業早就已經關注這項議題動起來。

陳君明指出,由於後量子演算法在數學複雜度上遠高於傳統演算法,將其整合到晶片中,需要對晶片內部的加速器架構,以及SRAM與資料匯流排寬度進行徹底地重新設計,以免晶片成為系統瓶頸。為了引領這一轉型,例如,前幾年美國晶片巨頭如Intel與AMD正開始直接在高效能處理器中,嵌入PQC加速單元。

在此同時,安全信任正從單一組件層面走向系統性層面。 開源晶片安全信任根計畫Caliptra 由微軟、Google和Nvidia等巨頭共同推動,正致力於為資料中心開發標準化的開源晶片安全信任根。

此外,旁通道(Side-channel)防禦能力也是重要關鍵。陳君明指出,晶片在物理邏輯閘設計階段就必須具備這項旁通道的防禦能力,以抵禦功耗分析與故障注入等非侵入式旁路攻擊手段。

綜觀上述發展,近期台灣同樣有積極響應這股態勢的具體案例。今年6月, 台股股王信驊於Computex宣佈率先導入Caliptra 2.x安全架構 ,即支援PQC演算法的引入。這也顯示,從國際晶片巨頭到台灣IC設計業者,都在積極展開PQC佈局。