没有算术和逻辑单元的计算机处理器和系统技术方案

一种计算机系统包括处理器和存储器，处理器包括被配置成重复地获得计算机程序的下一个指令的指令循环电路、被配置成对指令循环电路获得的指令解码并且执行该指令的指令解码器，该计算机系统支持在一个或多个所述指令的控制下的多个算术和/或逻辑操作，其中存储器存储多个表格，所述多个算术和/或逻辑操作中的每一个特定操作受存储器中存储的特定表格支持，每个特定表格包括针对一系列输入的所述特定算术操作的结果。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种包括处理器和存储器的计算机系统。
技术介绍
人们早已知道，计算机系统通过所谓的边信道泄漏一些信息。观察计算机系统的输入-输出行为可能不提供关于诸如计算机系统使用的秘密密钥之类的敏感信息的任何有用信息。但是，计算机系统具有可以被观察的其他信道，例如其功耗或者电磁辐射；这些信道称为边信道。通过边信道，计算机系统可能在其使用期间“泄漏”秘密信息。观察和分析边信道可能给予攻击者对于比可以从输入-输出行为获得的信息更好的信息的访问。边信道问题的当前方法设法在计算中引入随机性。这些方法被证明不那么令人满意。它们使得计算复杂并且使用附加的功率。而且，经常可以使用统计手段对基于随机性的对抗措施进行反演。
技术实现思路
本专利技术人的见解是，计算机系统的各种不同的元件并不以相同的方式对边信道产生贡献。特别地，ALU的能耗直接依赖于它处理的数据。特别地，如果ALU处理秘密信息，则其对于功耗的贡献依赖于秘密信息。计算机的其他元件的功耗少得多地依赖于实际数据值。有利的将是拥有一种改进的计算机系统，该系统的功耗较少依赖于秘密数据。提供了一种计算机系统，该系统包括处理器和存储器，该处理器包括被配置成重复地获得计算机程序的下一个指令的指令循环电路、被配置成对指令循环电路获得的指令解码并且执行该指令的指令解码器，该计算机系统支持一个或多个所述指令的控制下的多个算术和/或逻辑操作，其中存储器存储多个表格，所述多个算术和/或逻辑操作中的每一个特定操作受存储器中存储的表示针对一系列输入的所述特定算术操作的结果的至少一部分的至少一个特定表格支持。通过从该系统中消除ALU，也消除了其对于边信道的所有贡献。这使得系统更有弹性地反对边信道攻击。所述计算机系统提供了一种促进表格驱动的程序或虚拟机的硬件解决方案。该计算机系统允许任何顺序的表格访问。使用该计算机系统，可以实现安全的虚拟机。应当指出的是，像在白盒密码术中那样，可以使实现指令的表格混淆，从而不能对表格的功能进行反演工程；然而，不必一定应用混淆。所述计算机系统提供了更多的优点，下面列出了其中一些优点：- 简化的处理器设计：在寄存器文件与ALU之间无需复杂的连接（总线），- 指令集合的自由选择。操作的语义在表格中。可以向表格填充简单、复杂或者加密的操作。- 可扩展的指令集合。可以在执行其他程序期间在存储器中添加新表格。- 在电学上，所有操作都是表格访问，因此，表格中的操作具有相似的电学行为。结果，通过采用不同操作的电学行为的差异的程序反演工程是不可行的。- 由于不存在ALU的原因，BoM减少，- 功率效率提高。- 通过高效流水线化而快速执行，- 反对临时功率短缺（其可能在近场通信（NFC）中出现）的弹性增大。之所以如此，是因为中间处理状态保持在存储器中，并且可以在能量再次可用时恢复处理，- 安全性增强：利用ALU的性质的密码攻击（已知为边信道攻击）不可行，因为不存在ALU。而且，代替ALU操作的表格可以处于加密域，换言之，索引被加密和/或表值也被加密。无ALU的表格驱动的处理器对于其中能量消耗、速度和安全性重要的应用而言是理想的。所述计算机系统可以应用于NFC。提供了无ALU的表格驱动的处理器的各个不同的实施例，利用这些实施例，利用常规处理器在ALU中执行的操作作为存储器中的表格访问而被执行。处理器上的表格可以包含昂贵的分计算，但是它们事先经过计算。例如，存储器可以存储多个表格，使得所述多个算术和/或逻辑操作中的每个特定操作受存储器中存储的特定表格支持，每个特定表格包括针对一系列输入的所述特定算术操作的结果。在存储器中具有操作的结果具有需要更少表格查找的优点。另一方面，通过将操作拆分到多个表格上，表格的尺寸更小。例如，所述算术和/或逻辑指令中的一个或多个或者全部可以受存储器中存储的多个表格支持，使得所述多个表格一起表示针对一系列输入的所述特定算术操作的结果。例如，次乘法表格可以用来减小乘法表格的查找表尺寸。在一个实施例中，处理器包括表格转化器，该表格转化器被配置成接收来自指令寄存器的算术和/或逻辑指令并且产生相应的表格查找操作。例如，表格转化器可以连接到处理器的内部总线。表格转化器可以使用微程序执行该指令。表格转化器可以包含在指令解码器中。在一个实施例中，所述计算机系统具有备用设备，该设备被配置成保存包括指令指针的处理器的寄存器的内容。依照本专利技术的计算机系统对于待机操作是特别高效的，因为无需保存ALU的内容。指令指针可以实现为指令指针寄存器。在一个实施例中，算术和/或逻辑操作排他地受查找表支持。在一个实施例中，所述计算机系统不包括从处理器的内部总线接收第一和第二操作数并且向内部总线产生根据第一和第二操作数计算的输出的组合逻辑电路。在一个实施例中，指令解码器被配置用于通过在表格中的与条件值相应的位置处从表格获取表示地址的数据项并且将该地址写到指令指针而进行以该条件值为条件的跳转。例如，指令解码器可以包括用于获取数据项的数据项获取器以及用于将地址写到指令指针的地址写入器。数据项可以是绝对地址本身。数据项可以是相对于指令指针中存储的当前地址的偏移量。按照这种方式，可以在无需状态寄存器的情况下实现条件跳转。在一个实施例中，指令循环电路包括微指令，其例如使用来自指令循环电路中包括的存储器中存储的表格的表格查找。在一个实施例中，支持指令的查找表和支持指令循环电路的查找表处于相同的存储器中。甚至可以将微码存储在存储器中。这样的指令循环电路实现起来甚至更简单。在一个实施例中，存储器具有结合了表格处理的存储器架构。这具有缓解存储器与处理器之间的带宽有限连接并且允许紧密的高带宽集成的优点。在一个实施例中，所述计算机系统具有用于根据基地址和索引计算表格中的条目的地址的地址计算单元，其中该地址计算单元串接基地址和索引。在一个实施例中，存储器包括指令类型表格，该指令类型表格存储了支持算术和逻辑函数的所有表格的基地址。在一个实施例中，通过例如由获取器例如从指令类型表格获取支持所述算术和/或逻辑操作的表格的基地址、例如由加法器将从所述算术和/或逻辑操作的第一操作数获得的索引相加到该基地址、并且根据相加的基地址获取结果或者另外的表格地址而支持算术和/或逻辑操作。应当指出的是，加法器可以串接基地址和索引，而不是常规的相加。本专利技术的另一方面涉及如所述计算机系统中那样的计算机处理器。本专利技术的另一方面涉及一种编译器，该编译器被配置成以用于如前面的权利要求中任何一项中的计算机系统的第一计算机语言编译计算机程序。例如，可以使用用于具有ALU的处理器的常规编译器，其被修改成将所有算术和逻辑操作码转化为表格查找操作。该编译器也可以通过计算针对一系列输入值的算术或逻辑操作的结果并且将该结果存储在表格中而编译所需的查找表。用于具有查找表的存储器的非易失性存储器是优选的。查找表也可以存在于处理器中的ROM中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计算机系统，包括处理器和存储器，‑ 该处理器包括　　‑ 指令循环电路，其被配置成重复地获得计算机程序的下一个指令，　　‑ 指令解码器，其被配置成对指令循环电路获得的指令解码并且执行该指令，‑ 该计算机系统支持在一个或多个所述指令的控制下的多个算术和/或逻辑操作，其中　　‑ 存储器存储多个表格，所述多个算术和/或逻辑操作中的每一个特定操作受存储器中存储的表示针对一系列输入的所述特定算术操作的结果的至少一部分的至少一个特定表格支持。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.02.27 EP 13156975.8;2012.07.06 US 61/6684821. 一种计算机系统，包括处理器和存储器，
- 该处理器包括
- 指令循环电路，其被配置成重复地获得计算机程序的下一个指令，
- 指令解码器，其被配置成对指令循环电路获得的指令解码并且执行该指令，
- 该计算机系统支持在一个或多个所述指令的控制下的多个算术和/或逻辑操作，其中
- 存储器存储多个表格，所述多个算术和/或逻辑操作中的每一个特定操作受存储器中存储的表示针对一系列输入的所述特定算术操作的结果的至少一部分的至少一个特定表格支持。
2. 如权利要求1中的计算机系统，其中存储器存储计算机程序，
- 指令循环电路包括程序计数器寄存器，指令循环电路被配置成在程序计数器寄存器的控制下获得下一个指令，指令循环电路包括程序计数器寄存器推进器，该推进器被配置成推进程序计数器寄存器，使得程序计数器寄存器控制下一个指令的获得，
其中指令循环电路包括存储器，该存储器存储加法表格，指令循环电路被配置成将程序计数器寄存器修改为由程序计数器寄存器内容中的地址索引的所述加法表格的条目。
3. 如前面的权利要求中任何一项的计算机系统，其中处理器包括表格转化器，该表格转化器被配置成接收来自指令寄存器的算术和/或逻辑指令并且产生相应的表格查找操作。
4. 如前面的权利要求中任何一项的计算机系统，其中该计算机系统具有备用设备，该备用设备被配置成保存包括指令指针寄存器的处理器的寄存器的内容。
5. 如前面的权利要求中任何一项的计算机系统，其中该计算机系统具有用于根据基地址和索引计算表格中的条目的地址的地址计算单元，其中该地址计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：M邓，PMHMA戈里斯森，LMGM托休伊泽恩，AJ尼伊斯森，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL