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龙图腾网获悉湖北文理学院;国网湖北省电力有限公司襄阳供电公司申请的专利一种基于随机化索引的细粒度处理器芯片分支预测器内容隔离方法及电子装置获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN118605942B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-01-27发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202310213106.9，技术领域涉及：G06F9/38；该发明授权一种基于随机化索引的细粒度处理器芯片分支预测器内容隔离方法及电子装置是由张军;张鹏超;杭波设计研发完成，并于2023-03-06向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种基于随机化索引的细粒度处理器芯片分支预测器内容隔离方法及电子装置在说明书摘要公布了：本发明涉及一种基于随机化索引的细粒度处理器芯片分支预测器内容隔离方法及电子装置。它包括：单位程序块随机密钥配置法和分支预测器内容锁定机制，通过进程密钥分配和块密钥指令生成实现单位程序块随机密钥配置，通过分支跳转目标地址表和分支模式历史表的条目锁定实现分支预测器内容锁定。同时，通过软件或硬件的随机数实现进程密钥分配、生成进程密钥；通过源代码分析和可执行文件分析，识别存在安全风险的程序块生成块密钥指令；通过生成块密钥的代码片段或指令基于密码学算法和程序块上下文信息的计算生成块密钥。本发明还具有密钥管理更加灵活、内容锁定机制方便、随机化索引更有效、攻击性训练难度大和分支预测安全可靠的优点。

本发明授权一种基于随机化索引的细粒度处理器芯片分支预测器内容隔离方法及电子装置在权利要求书中公布了：1.一种基于随机化索引的细粒度处理器芯片分支预测器内容隔离方法，包括单位程序块随机密钥配置法和分支预测器内容锁定机制，其特征在于：所述单位程序块随机密钥配置法包括：进程密钥分配和块密钥指令生成；所述分支预测器内容锁定机制包括：分支跳转目标地址表和分支模式历史表的条目锁定； 进程密钥分配时，当新的进程被创建时，为进程分配一个密钥，所述密钥可以通过现有的各种软件或硬件的随机数生成方法，可以像ARMPA机制一样，由操作系统或虚拟机管理器管理，也可由可信执行环境管理，也可以由处理器硬件管理；处理器硬件需要增加一个寄存器，用于存储进程密钥，所述寄存器不能被软件读取，当程序运行时，进程密钥将被写入到所述寄存器； 块密钥指令生成时，通过源代码分析和可执行文件分析，识别存在安全风险的程序块，并在进入程序块时，插入生成块密钥的代码片段或指令，生成块密钥的指令可以类似于ARMPA机制的PAC*AUT*指令，也可以类似于IntelAES-NI指令，不同的是，所述块密钥指令生成的结果保存在软件不可读的寄存器中； 当执行到安全域程序块时，生成块密钥的代码片段或指令基于密码学算法和程序块的上下文信息计算并生成块密钥，所述程序块的上下文信息包括当前进程号或线程号、程序块的虚拟地址、程序块号、当前软件栈位置；块密钥生成后保存在软件不可读的硬件寄存器中，供后续分支预测器索引随机化使用；多个程序块可共享相同的块密钥，多个程序块是否共享块密钥，可以通过分析程序执行特征确定； 分支跳转目标地址表和分支模式历史表的条目锁定时，当分支跳转目标地址表和分支模式历史表所包含的条目数相同和索引相同时，或者当分支跳转目标地址表和分支模式历史表的深度或条目数不一样时，相应地为它们分别分配独立的分支条目状态表和锁定条目记录表；分支条目状态表为1位的向量，其索引与分支跳转目标地址表和分支模式历史表相同，每一位表示分支跳转目标地址表和分支模式历史表相应条目是否被锁定； 分支跳转目标地址表和分支模式历史表的条目锁定时，锁定条目记录表由瞬态执行保护分支指令标签、锁定条目向量、及该表条目状态三部分内容构成，前者用于验证可以更新或删除锁定条目内容的分支指令，锁定条目向量的位数与分支跳转目标地址表和分支模式历史表中条目数相等，用于表示该瞬态执行保护分支指令对应哪些条目，表条目状态则表示锁定条目记录表中此条目是否已被使用； 分支跳转目标地址表和分支模式历史表的条目锁定时，当需瞬态执行保护的分支指令第一次执行时，分支跳转目标地址表和分支模式历史表中没有其对应条目；处理器硬件基于其所在块的块密钥及其上下文信息，为该指令计算一个信息授权码，需要瞬态执行保护分支指令的上下文信息包括进程号、代码块号、分支指令地址； 分支跳转目标地址表和分支模式历史表的条目锁定时，当该分支指令执行完毕，需要将其执行结果更新到分支跳转目标地址表和分支模式历史表中；分支跳转目标地址表原始索引通常由分支指令地址的部分位产生，所选取的位数长度取决于分支跳转目标地址表的大小；分支模式历史表原始索引通常由分支指令地址的部分位和全局历史信息经过哈希算法产生，所选取的位数长度取决于分支模式历史表的大小；代码块密钥分别与分支跳转目标地址表原始索引和分支模式历史表原始索引异或，便得到新索引值，即前述需瞬态执行保护的分支指令对应分支跳转目标地址表和分支模式历史表条目的位置；处理器硬件将所述分支指令的目标地址和分支是否跳转按新索引值，分别更新到分支跳转目标地址表和分支模式历史表； 分支跳转目标地址表和分支模式历史表的条目锁定时，所述分支指令执行结果更新到分支跳转目标地址表和分支模式历史表后，根据所述新索引值，将分支条目状态表中对应位置1，表示分支跳转目标地址表和分支模式历史表中对应位已分配给需瞬态执行保护的分支指令，处于锁定状态；同时，处理器硬件为该指令在锁定条目记录表中分配一个条目，基于所述分支指令上下文信息，为该指令计算一个信息校验码，将其保存在分配条目分支指令标签域，同时基于所述新索引值，将锁定条目向量对应位置1，将分配条目状态对应位置1； 分支跳转目标地址表和分支模式历史表的条目锁定时，当所述需瞬态执行保护的分支指令再次执行时，将其对应代码块密钥分别与分支跳转目标地址表原始索引和分支模式历史表原始索引异或，便得到新索引值，基于新索引查找分支跳转目标地址表和分支模式历史表，实现分支目标地址和分支方向预测； 分支跳转目标地址表和分支模式历史表的条目锁定时，当需要瞬态执行保护的分支指令再次执行完时，处理器硬件基于上述分支指令上下文信息，为其计算一个信息校验码，将其与保存在锁定条目记录表中的标签比较；若匹配，将其结果更新到分支跳转目标地址表和分支模式历史表中被锁定的条目中；因为分支跳转目标地址表原始索引和分支模式历史表原始索引也可由分支指令地址的部分位和全局历史信息经过哈希算法产生，所以分支指令再次执行时的新索引与之前的索引可能不同，此时需要将前述分支指令执行结果更新到分支跳转目标地址表和分支模式历史表其它条目中，需要基于所述新索引值，将分支条目状态表中对应位置1，将锁定条目记录表中该分支指令对应条目，锁定条目向量对应位置1； 分支跳转目标地址表和分支模式历史表的条目锁定时，若后续所需瞬态执行保护的分支指令不会再执行时，通过执行解锁指令，该指令将瞬态执行保护的分支指令的虚拟地址作为参数，基于所述分支指令的上下文信息计算一个信息校验码；当该信息校验码与锁定条目记录表中某一条目的标签匹配时，则将该条目中锁定条目向量域对应分支跳转目标地址表和分支模式历史表中条目解锁，即将分支条目状态表中对应位置0，最后将上述锁定条目记录表条目状态域置0，使该条目可以分配给其它需要瞬态执行保护的分支指令使用。

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