《Microprocessors and Microsystems》：The “Resilient Trust” Project: towards a Secure-Safe-Resilient Internet of Intelligent Things
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Chips-JU（前KDT-JU）框架下的“弹性信任”项目聚焦于物联网处理链的端到端安全性，特别强调对中小企业的强力技术转化。该愿景通过开发专用硬件来实现，旨在在网络与韧性防御墙之间建立信任机制，即使面对后量子攻击和基于人工智能的攻击等新型攻击手段亦能有效抵御
Chips-JU（前KDT-JU）框架下的“弹性信任”项目聚焦于物联网处理链的端到端安全性，特别强调对中小企业的强力技术转化。该愿景通过开发专用硬件来实现，旨在在网络与韧性防御墙之间建立信任机制，即使面对后量子攻击和基于人工智能的攻击等新型攻击手段亦能有效抵御。安全处理链的架构是在完成威胁建模、资产识别、风险分析、安全目标及需求定义之后精心构建的。该项目旨在显著缓解重大风险，以赋能IoT5.0。研究人员开发的解决方案通过提升物联网设备关键供应链沿线的韧性与信任度，确保端到端的安全性。本文介绍了该项目，概述了其动机与目标，描述了其在工作组与用例中的组织架构，并总结了迄今取得的主要成果。
一、研究背景、现存问题与研究意义
随着物联网技术的迅猛发展，预计到2035年全球将有1万亿台互联设备，涵盖从智能家居到关键基础设施的广泛领域。然而，这种泛在连接带来了严峻的网络安全挑战。一方面，海量异构设备的接入极大地扩展了攻击面，传统网络安全分析工具难以检测隐蔽的物联网耦合漏洞；另一方面，许多物联网设备具备改变物理环境的能力，使得网络攻击可侵入物理世界，造成生产停摆、人身伤害乃至工业间谍等灾难性后果。尤其值得关注的是，中小企业作为欧洲经济的支柱，往往因资源有限而在网络安全投入上严重不足，成为供应链中最薄弱的环节，极易遭受攻击并被用作渗透大型组织的跳板。现有安全方案多为事后修补式的“附加功能”，缺乏从芯片到应用的端到端、一体化安全设计理念。此外，随着量子计算的发展，现有加密体系面临被破解的风险，而基于人工智能的新型攻击手段也日益复杂。因此，亟需一种能够同时提供韧性（即在遭受攻击时仍能维持基本功能）和信任（即确保设备和数据的真实性与完整性）的综合性安全架构。
为此，欧盟资助的“弹性信任”项目应运而生，旨在通过开发专用硬件与软件协同方案，为物联网设备构建端到端的安全处理链，重点赋能中小企业，使其能够在后量子时代和人工智能驱动的攻击环境下保障系统的安全可靠运行。
二、主要研究方法与技术路线
研究人员采用了以下关键技术方法开展研究：
- 1.
威胁建模与安全需求分析：首先对各用例进行详细的威胁建模、资产识别和风险分析，以此为基础定义安全目标和具体需求，指导整体安全架构的设计。
- 2.
专用集成电路设计：利用先进的22纳米全耗尽绝缘体上硅和18纳米FDSOI工艺，设计并流片多款专用芯片，包括用于频谱感知的高数字化射频带通Sigma-Delta模数转换器、粗粒度与细粒度射频前端芯片，以及集成物理不可克隆函数和安全处理器的微控制器单元。
- 3.
硬件加速器与边缘人工智能：开发针对射频信号分类和恶意攻击检测的片上人工智能硬件加速器，采用轻量化卷积神经网络和注意力机制，实现低功耗、高精度的实时推理，并部署于现场可编程门阵列上进行验证。
- 4.
后量子密码学评估与硬件实现：评估不同后量子密码学硬件加速器在先进SOI工艺下的性能与能耗，并将其与RISC-V处理器集成，形成安全的微控制器单元。
- 5.
区块链与去中心化身份管理：利用基于物理不可克隆函数生成的设备唯一不可变标识，结合区块链平台和DIDcomm协议，构建硬件绑定的数字钱包，实现设备身份的注册、认证和可信数据交换。
三、研究结果
3.1 工作包1：需求与规格说明
通过对四个用例及其供应链的分析，研究人员完成了威胁建模和攻击者画像，明确了从架构设计到流片的完整IC供应链中的资产与风险。在此基础上，制定了系统与安全需求规格，并设计了支持物理不可克隆函数根信任、轻量级密码函数及侧信道防护的整体安全架构。
3.2 工作包2：射频攻击检测与缓解
研究人员取得了多项进展：
- •
开发了一套完整的无人机监控、检测及优化干扰信号自动生成链，提出了基于距离的数据标注方法和自编码器处理技术以提高检测灵敏度。
- •
提出了一种新颖的人工智能模型窃取攻击：通过硬件木马在受害者设备中隐秘泄露模型权重，再由邻近无线设备截获并重构完整权重矩阵。
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设计了基于人工智能的隐蔽信道检测机制，该机制直接在射频接收端监测原始I/Q采样，能以超过97%的准确率（信噪比>20dB时）检测隐蔽信道并识别底层硬件木马。
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提出了一种高效的注意力融合卷积神经网络硬件加速器，参数数量较基线模型减少93%，在FPGA上实现了61 GOPS的性能和51 GOPS/W的最高效率，在信噪比高于4dB时达到99%的分类准确率。
3.3 工作包3：硬件安全与信任
研究人员定义了安全子系统的硬件架构，该子系统包含一个低功耗安全处理器和密码学扩展。核心是设计了基于物理不可克隆函数的根信任机制，利用设备独有的硅特性提取根密钥，并据此派生其他应用密钥，无需在非易失性存储器中存储任何密钥。同时，物理不可克隆函数还被用于生成设备的公开身份，用于供应链溯源。该架构确保了安全子系统具有专用且安全的接口，调用其功能时不会暴露敏感侧信息。
3.4 工作包4：硬件辅助的信任与安全概念
（注：原文中该部分内容在提供的文档中被截断，无法获取详细信息。）
四、讨论与结论
项目的研究结果表明，“弹性信任”项目通过将韧性（RESILIENCE）与信任（TRUST）两大支柱深度整合进物联网处理链的各个环节，成功构建了一个面向中小企业、可模块化部署的端到端安全架构。在韧性方面，通过研发抗侧信道攻击的模拟前端IP、后量子密码学硬件加速器以及基于边缘人工智能的射频攻击检测与缓解技术，为物联网设备构筑了一道强大的防御墙，使其即使在遭受攻击时也能保持可控和基本功能。在信任方面，基于物理不可克隆函数的不可变硬件根信任和去中心化身份管理方案，为每个设备赋予了唯一的、不可伪造的数字身份，确保了固件更新、设备认证和数据交换全过程的可信性。项目的四个跨行业用例——安全多标准物联网通信、办公空间环境智能、无人机检测与干扰、海事物联网伽利略卫星导航系统增强——分别在实验室环境中达到了技术就绪水平4，验证了所开发技术与方案的可行性和有效性。最终，该项目不仅提升了欧洲中小企业在网络安全领域的创新能力，强化了其供应链的韧性，也为实现安全可靠的IoT5.0奠定了坚实的技术基础，具有重要的经济和社会意义。
