論文の概要: Assessing the Performance of OpenTitan as Cryptographic Accelerator in Secure Open-Hardware System-on-Chips
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.10395v1
- Date: Fri, 16 Feb 2024 01:35:40 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-03-25 09:06:20.682748
- Title: Assessing the Performance of OpenTitan as Cryptographic Accelerator in Secure Open-Hardware System-on-Chips
- Title（参考訳）: セキュアなオープンハードウェア・オン・チップにおける暗号化加速器としてのOpenTitanの性能評価
- Authors: Emanuele Parisi, Alberto Musa, Maicol Ciani, Francesco Barchi, Davide Rossi, Andrea Bartolini, Andrea Acquaviva,
- Abstract要約: OpenTitanは、幅広いシステムにデプロイされるように設計された、オープンソースのシリコンルーツ・オブ・トラストである。
OpenTitanを安全なアクセラレータとして使用することによって得られるメリットの正確かつ定量的な確立は行われていない。
本稿では、暗号化ワークロードをOpenTitanにオフロードする際の強度と非効率性を徹底的に分析することで、このギャップに対処する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.635794094881707
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: RISC-V open-source systems are emerging in deployment scenarios where safety and security are critical. OpenTitan is an open-source silicon root-of-trust designed to be deployed in a wide range of systems, from high-end to deeply embedded secure environments. Despite the availability of various cryptographic hardware accelerators that make OpenTitan suitable for offloading cryptographic workloads from the main processor, there has been no accurate and quantitative establishment of the benefits derived from using OpenTitan as a secure accelerator. This paper addresses this gap by thoroughly analysing strengths and inefficiencies when offloading cryptographic workloads to OpenTitan. The focus is on three key IPs - HMAC, AES, and OpenTitan Big Number accelerator (OTBN) - which can accelerate four security workloads: Secure Hash Functions, Message Authentication Codes, Symmetric cryptography, and Asymmetric cryptography. For every workload, we develop a bare-metal driver for the OpenTitan accelerator and analyze its efficiency when computation is offloaded from a RISC-V application core within a System-on-Chip designed for secure Cyber-Physical Systems applications. Finally, we assess it against a software implementation on the application core. The characterization was conducted on a cycle-accurate RTL simulator of the System-on-Chip (SoC). Our study demonstrates that OpenTitan significantly outperforms software implementations, with speedups ranging from 4.3x to 12.5x. However, there is potential for even greater gains as the current OpenTitan utilizes a fraction of the accelerator bandwidths, which ranges from 16% to 61%, depending on the memory being accessed and the accelerator used. Our results open the way to the optimization of OpenTitan-based secure platforms, providing design guidelines to unlock the full potential of its accelerators in secure applications.
- Abstract（参考訳）: RISC-Vオープンソースシステムは、安全とセキュリティが重要となるデプロイメントシナリオに現れている。
OpenTitanはオープンソースのシリコンルーツ・オブ・トラストで、ハイエンドから深く埋め込まれたセキュアな環境まで、幅広いシステムにデプロイされるように設計されている。
OpenTitanがメインプロセッサから暗号化ワークロードをオフロードするのに適した、さまざまな暗号化ハードウェアアクセラレータが利用可能であるにも関わらず、OpenTitanをセキュアなアクセラレータとして使用することに由来するメリットの正確かつ定量的な確立は行われていない。
本稿では、暗号化ワークロードをOpenTitanにオフロードする際の強度と非効率性を徹底的に分析することで、このギャップに対処する。
HMAC、AES、OpenTitan Big Numberアクセラレーター(OTBN)という3つの主要なIPに重点を置いている。これは、セキュアハッシュ関数、メッセージ認証コード、対称暗号、非対称暗号の4つのセキュリティワークロードを加速することができる。
各ワークロードに対して,OpenTitanアクセラレータ用のベアメタルドライバを開発し,セキュアなサイバー物理システムアプリケーション用に設計されたSystem-on-Chip内のRISC-Vアプリケーションコアから計算をオフロードした場合の効率を解析する。
最後に、アプリケーションコア上のソフトウェア実装に対して評価する。
System-on-Chip (SoC) のサイクル精度RTLシミュレータを用いて評価を行った。
我々の研究は、OpenTitanがソフトウェア実装を著しく上回っており、スピードアップは4.3倍から12.5倍であることを示している。
しかし、現在のOpenTitanは16%から61%の範囲で、メモリへのアクセスとアクセルの使用に応じて、アクセル帯域のごく一部を使用しているため、さらに大きなゲインの可能性がある。
弊社の結果は、OpenTitanベースのセキュアなプラットホームの最適化への道を開き、セキュアなアプリケーションでアクセラレーターの潜在能力を最大限に活用するための設計ガイドラインを提供する。
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