Przedstawiono ostateczn\u0105 wersj\u0119 specyfikacji platformy sprz\u0119towo-programowej CHERIoT 1.0 (Capability Hardware Extension to RISC-V for Internet of Things), okre\u015blaj\u0105cej rozszerzenie zestawu instrukcji (ISA) do tworzenia zabezpieczonych urz\u0105dze\u0144. CHERIoT zapewnia mo\u017cliwo\u015bci sprz\u0119towe do \u015bledzenia dost\u0119pu do pami\u0119ci, weryfikacji poprawno\u015bci pracy z wska\u017anikami oraz zapewnienia izolacji blok\u00f3w kodu. Jednocze\u015bnie opublikowano stabiln\u0105 wersj\u0119 etalonowego formalnego modelu CHERIoT ISA, zdefiniowanego w j\u0119zyku Sail. Opracowania projektu s\u0105 udost\u0119pniane na licencji BSD. <\/p>\n
Projekt CHERIoT zosta\u0142 stworzony przez firm\u0119 Microsoft w celu rozwi\u0105zania problem\u00f3w z bezpiecze\u0144stwem w istniej\u0105cym kodzie napisanym w j\u0119zykach C i C++, oraz ochrony takiego kodu bez konieczno\u015bci jego przerabiania. Ochrona jest realizowana poprzez zastosowanie zmodyfikowanego kompilatora, kt\u00f3ry wykorzystuje rozszerzony zestaw instrukcji procesora (ISA) w celu zapewnienia integralno\u015bci wska\u017anik\u00f3w, kontroli granic przy pracy z pami\u0119ci\u0105 oraz zapobiegania dost\u0119powi do zwolnionej pami\u0119ci. W 2023 roku osi\u0105gni\u0119cia CHERIoT zosta\u0142y otwarte i przekszta\u0142cone w projekt wsp\u00f3\u0142pracy, do kt\u00f3rego do\u0142\u0105czy\u0142y r\u00f3wnie\u017c inne firmy. <\/p>\n
Komponenty sprz\u0119towe CHERIoT s\u0105 zaprojektowane w formie mikrokontrolera opartego na architekturze RISC-V, kt\u00f3ra wdra\u017ca zabezpieczon\u0105 architektur\u0119 procesora CHERI (Capability Hardware Extension to RISC-V) z modelem zarz\u0105dzanego dost\u0119pu do pami\u0119ci opartym na «capability» (ka\u017cda operacja odczytu i zapisu w pami\u0119ci jest autoryzowana). Na bazie dostarczanej w CHERIoT architektury zestawu rozkaz\u00f3w (ISA) zbudowany jest model programowy, kt\u00f3ry gwarantuje bezpiecze\u0144stwo operacji na pami\u0119ci na poziomie pojedynczych obiekt\u00f3w, zapewniaj\u0105cy ochron\u0119 przed dost\u0119pem do ju\u017c zwolnionej pami\u0119ci oraz wdra\u017caj\u0105cy lekk\u0105 system izolacji dost\u0119pu do pami\u0119ci. <\/p>\n
Podany model programowy ochrony bezpo\u015brednio odzwierciedla si\u0119 w modelu j\u0119zykowym C\/C++, co pozwala na jego zastosowanie w istniej\u0105cych aplikacjach, kt\u00f3rych ochrona wymaga jedynie rekompilacji i uruchomienia na sprz\u0119cie obs\u0142uguj\u0105cym ISA CHERIoT. Na przyk\u0142ad, zastosowanie CHERIoT pozwala na automatyczne sprawdzanie granic, \u015bledzenie czasu \u017cycia obszar\u00f3w pami\u0119ci i zapewnienie integralno\u015bci wska\u017anik\u00f3w w komponentach przetwarzaj\u0105cych dane, kt\u00f3re nie s\u0105 godne zaufania, bez wprowadzania zmian w kodzie. <\/p>\n
W\u015br\u00f3d problem\u00f3w, kt\u00f3re s\u0105 blokowane za pomoc\u0105 CHERIoT: <\/p>\n
Opr\u00f3cz specyfikacji i formalnego modelu, projektem rozwijana jest wzorcowa implementacja 32-bitowego procesora RISC-V Ibex z wsparciem ISA CHERIoT oraz zmodyfikowane narz\u0119dzia LLVM. Schematy prototypu CPU i opisy blok\u00f3w sprz\u0119towych w j\u0119zyku Verilog s\u0105 udost\u0119pniane na licencji Apache 2.0. Jako podstaw\u0119 dla CPU wykorzystano rdze\u0144 Ibex z projektu lowRISC. Na bazie rdzenia CHERIoT Ibex przygotowywane s\u0105 do masowej produkcji chipy ICENI, kt\u00f3rych sprzeda\u017c planowana jest na przysz\u0142y rok. Oddzielnie firma Microsoft rozwija mikroprocesor Kudu z wsparciem ISA CHERIoT. Ibex i Kudu w pe\u0142ni wspieraj\u0105 specyfikacj\u0119 CHERIoT 1.0. Prowadzone s\u0105 prace nad standaryzacj\u0105 rozszerze\u0144 CHERI dla procesor\u00f3w RISC-V w organizacji RISC-V International. <\/p>\n
Dodatkowo rozwijany jest emulator platformy oparty na FPGA oraz kontener Docker dla programist\u00f3w z preinstalowanymi narz\u0119dziami i symulatorem CPU Ibex, zrealizowanym przy u\u017cyciu Verilator. Ponadto na bazie CHERIoT przygotowany zosta\u0142 prototyp systemu operacyjnego czasu rzeczywistego CHERIoT RTOS, kt\u00f3ry umo\u017cliwia izolacj\u0119 kompartment\u00f3w (compartment) nawet na wbudowanych systemach z 256 MB RAM. Kod CHERIoT RTOS napisany jest w j\u0119zyku C++ i dost\u0119pny jest na licencji MIT. W formie kompartment\u00f3w zaprojektowane s\u0105 podstawowe komponenty systemu operacyjnego, takie jak bootloader, scheduler i system zarz\u0105dzania pami\u0119ci\u0105. <\/p>\n