我們知道，任何安全技術(shù)與應(yīng)用的發(fā)展都離不開(kāi)對(duì)計(jì)算資源的占用。
如今，我們所能感受到的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀是：10G/N*10G的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量、3G時(shí)代的來(lái)臨預(yù)示著3年之后手機(jī)終端會(huì)超過(guò)PC終端。另外云計(jì)算的興起帶來(lái)了計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)等基礎(chǔ)設(shè)施的虛擬化整合、數(shù)據(jù)/信息的整合帶來(lái)了網(wǎng)絡(luò)流量更加集中，以及大多數(shù)業(yè)務(wù)應(yīng)用從C/S向B/S轉(zhuǎn)移，這些都促使越來(lái)越多的流量發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)上，而本地產(chǎn)生的運(yùn)算量卻會(huì)越來(lái)越少。因此，遠(yuǎn)程集中式運(yùn)算與網(wǎng)絡(luò)傳送的信息量也就越來(lái)越大。
從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)病毒檢測(cè)、入侵檢測(cè)、入侵防御以及信息數(shù)據(jù)安全等很多環(huán)節(jié)，都離不開(kāi)對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)內(nèi)容的分析。而除了我們通常所了解的算法優(yōu)化能帶來(lái)高效的計(jì)算外，對(duì)硬件計(jì)算資源的消耗正在隨著網(wǎng)絡(luò)容量、信息傳送量的增加而高速膨脹，以至于當(dāng)前絕大多數(shù)安全設(shè)備所引用的X86通用計(jì)算平臺(tái)在不借助其他加速組件的方式下，幾乎無(wú)法滿足高性能的內(nèi)容運(yùn)算，并且性能和效率也都難以達(dá)到每秒超過(guò)2G以上在線數(shù)據(jù)運(yùn)算量。在網(wǎng)絡(luò)帶寬和信息量高速膨脹的今天，這樣的運(yùn)算效率僅僅只能滿足局部應(yīng)用需求。
因此，性能的大幅提升是信息安全未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。
兩大因素制約傳統(tǒng)性能提升多核應(yīng)運(yùn)而生
通常來(lái)講，以往在為數(shù)不多的面對(duì)大容量計(jì)算需要時(shí)，我們常會(huì)采取分流分布式計(jì)算來(lái)解決，也就是將一個(gè)較大的網(wǎng)絡(luò)流量分流為若干個(gè)小流量，采取分而治之的方式來(lái)完成對(duì)數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行各類(lèi)安全性檢查，并進(jìn)行必要分析與實(shí)時(shí)運(yùn)算（如圖1所示）。
圖1 采取分流分布式計(jì)算來(lái)解決通常的大容量計(jì)算問(wèn)題
顯然，在運(yùn)算性能不具備的條件下，分布式計(jì)算方式是無(wú)奈之舉，但是它帶來(lái)了較大的管理成本和維護(hù)壓力。更重要的是大多數(shù)企業(yè)用戶根本無(wú)法接受這樣的應(yīng)用方式，更多的企業(yè)級(jí)用戶，在面對(duì)大流量下的安全需求時(shí)，更多是選擇了等待，等待著更快、更安全的產(chǎn)品出現(xiàn)和成熟。
那么，一個(gè)很顯然的問(wèn)題就出現(xiàn)了——信息安全設(shè)備為什么不能像網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備那樣，引用高性能的網(wǎng)絡(luò)處理器或ASIC達(dá)到與網(wǎng)絡(luò)速度類(lèi)似的處理效率呢?簡(jiǎn)單分析一下會(huì)發(fā)現(xiàn)，這其中最根本原因主要有兩方面：
一方面，是客觀技術(shù)的制約，相比僅僅處理網(wǎng)絡(luò)局部信息（大多數(shù)是頭信息）、而不分析數(shù)據(jù)內(nèi)容的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)施而言，信息安全設(shè)備對(duì)信息內(nèi)容的分析深度、廣度比網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備要復(fù)雜得多，甚至還要分析數(shù)據(jù)內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián)性。這就像機(jī)場(chǎng)等重要交通樞紐對(duì)行李、攜帶物品等的安檢程序一樣，它要關(guān)注的內(nèi)容和范圍要比常規(guī)的身份檢查復(fù)雜得多，因此它比簡(jiǎn)單的檢驗(yàn)每個(gè)人身份證的效率就要低很多（如圖2所示）。同理，對(duì)數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行安全檢查的計(jì)算，永遠(yuǎn)比網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送的計(jì)算要復(fù)雜得多（代價(jià)和開(kāi)銷(xiāo)都要大一個(gè)數(shù)量級(jí)），因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)中每個(gè)數(shù)據(jù)包的信息數(shù)據(jù)內(nèi)容往往是信息頭的10倍～70倍。
圖2 大多數(shù)信息安全設(shè)備對(duì)內(nèi)容的分析很復(fù)雜
另一方面，是各類(lèi)導(dǎo)致安全威脅的病毒、入侵行為都在利用計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言不斷更新以突破某種防護(hù)，是因?yàn)檫@樣的效率更高，也因此每天都會(huì)有新的威脅誕生，而這種動(dòng)態(tài)性和不確定性的存在，使得幾乎所有關(guān)注分析信息和數(shù)據(jù)內(nèi)容的信息安全設(shè)備也必須在開(kāi)放的運(yùn)算平臺(tái)上基于高級(jí)語(yǔ)言搭建的運(yùn)算系統(tǒng)來(lái)工作，是因?yàn)橹挥羞@樣構(gòu)建的安全系統(tǒng)才有靈活的升級(jí)能力，從而也才能與安全的動(dòng)態(tài)性和不確定性進(jìn)行對(duì)抗。因此，大多數(shù)關(guān)注信息內(nèi)容的信息安全產(chǎn)品（如UTM、IDS、IPS、審計(jì)等），必須利用高級(jí)的語(yǔ)言和開(kāi)放的硬件運(yùn)算平臺(tái)才能完成對(duì)各類(lèi)信息內(nèi)容的檢索和各類(lèi)安全性檢查。
所以，要滿足未來(lái)信息安全產(chǎn)品適應(yīng)當(dāng)下信息高速膨脹的發(fā)展趨勢(shì)，提升開(kāi)放平臺(tái)的硬件性能，既是必然趨勢(shì)也是滿足未來(lái)應(yīng)用需求的關(guān)鍵要素。
也就是在這樣一個(gè)開(kāi)放性平臺(tái)應(yīng)用需求的驅(qū)動(dòng)力下，多核技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
超越X86 選擇多核SoC收獲與代價(jià)并重
需要說(shuō)明的是，剛才所說(shuō)的多核并不是基于X86的2核、4核這樣的CPU，而是在網(wǎng)絡(luò)、安全設(shè)備上最新使用的基于MIPS64的多核SoC（System on Chip）處理器，此類(lèi)多核SoC處理器目前可支持到16核，并還在隨著安全計(jì)算需求的不斷增加而繼續(xù)提升。
相比X86、NP、ASIC硬件平臺(tái)，SoC多核平臺(tái)的最大優(yōu)勢(shì)是保留了X86平臺(tái)的高靈活性（這一點(diǎn)對(duì)于安全設(shè)備的應(yīng)用層檢測(cè)非常關(guān)鍵），并且具備與ASIC平臺(tái)相當(dāng)?shù)母咛幚硇阅堋Ｍ瑫r(shí)，SoC通過(guò)增加核數(shù)，使線性提升硬件計(jì)算能力成為了可能，更重要的是功耗也隨之得到了控制（如圖3所示）。
唯一具有挑戰(zhàn)性的是，傳統(tǒng)的X86平臺(tái)屬于通用硬件平臺(tái)，具有開(kāi)發(fā)難度小的優(yōu)勢(shì)，而SoC多核平臺(tái)屬于專(zhuān)用硬件平臺(tái)，駕馭難度相當(dāng)高?？梢哉f(shuō)，全球范圍內(nèi)能自如駕馭多核技術(shù)的廠家不足10家，而且多為國(guó)際性技術(shù)領(lǐng)先的大廠家，國(guó)內(nèi)一直到啟明星辰2008年成功駕馭多核并發(fā)布自主研發(fā)的基于16核的萬(wàn)兆UTM時(shí)才填補(bǔ)了這塊空白。
圖3 基于MIPS64的多核SoC處理器相比于傳統(tǒng)多核平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)比較
這的確是一個(gè)痛處。因?yàn)?，?duì)于很多廠家而言，實(shí)現(xiàn)對(duì)多核系統(tǒng)真正意義上的駕馭還是一個(gè)國(guó)際性的難題，尤其是計(jì)算性能的提升，如是否能隨核數(shù)的增多而達(dá)到線性的增長(zhǎng)。這其中需要各個(gè)廠商在多核硬件的基礎(chǔ)上作大量的原創(chuàng)性設(shè)計(jì)，包括重構(gòu)操作系統(tǒng)、多核之間的業(yè)務(wù)調(diào)度、檢測(cè)效率提升和計(jì)算性能挖掘等。與此同時(shí)，一旦對(duì)多核技術(shù)駕馭不理想，如對(duì)多核運(yùn)用得不夠平滑或兼容性不夠，那么由于核數(shù)的增加會(huì)帶來(lái)軟件核心設(shè)計(jì)的不斷變化，這就意味著需要為不同核數(shù)的SoC處理器設(shè)計(jì)不同的軟件系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)，由此將極有可能導(dǎo)致相互不兼容，4核、8核、16核、32核等與軟件的不兼容?？梢韵胂?，如果技術(shù)上突破能力有限，而導(dǎo)致陷入如此尷尬境地，我們不難想象這對(duì)產(chǎn)品研發(fā)和供應(yīng)者是個(gè)多大的災(zāi)難。
駕馭多核高效低碳 決勝信息網(wǎng)絡(luò)安全的未來(lái)
如果能成功駕馭多核，那么我們能帶給信息安全產(chǎn)業(yè)的將是一種革新。
首先，從功能上來(lái)講，SoC多核處理器不失X86 處理器的靈活性，便于快速響應(yīng)信息安全的應(yīng)用層檢測(cè)需求；其次，SoC多核處理器通過(guò)協(xié)處理器的概念將軟件特性硬件化處理，在設(shè)計(jì)上奠定了多核平臺(tái)的高性能基礎(chǔ)。更為重要的是，計(jì)算性能隨核數(shù)的線性增長(zhǎng)將完全突破信息安全產(chǎn)品發(fā)展的性能瓶頸，隨著核數(shù)的倍增，多核的計(jì)算性能也將成倍數(shù)增長(zhǎng)，計(jì)算能力的提升是支撐安全產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)（如圖4所示）。
圖4 多核的計(jì)算性能將隨著核數(shù)的倍增而成倍增長(zhǎng)
第三，多核架構(gòu)在支撐高性能的同時(shí)，帶來(lái)的另一個(gè)卓有成效的經(jīng)濟(jì)效益就是低碳、節(jié)能。
正如全國(guó)政協(xié)副主席在2010年1月22日，以發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、共建低碳中國(guó)為主題的低碳中國(guó)論壇首屆年會(huì)上指出的那樣：氣候是第一生產(chǎn)力，必須從這樣的高度來(lái)認(rèn)識(shí)低碳經(jīng)濟(jì)。對(duì)信息安全產(chǎn)品而言，減排、低功耗是實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)最主要的節(jié)能目標(biāo)。多核架構(gòu)的主要優(yōu)勢(shì)為一顆芯片上集成了多個(gè)核，核與核之間可以協(xié)同工作，同時(shí)在各個(gè)核周邊還集成了豐富的安全協(xié)處理硬件，如硬件加密、正則匹配和應(yīng)用加速等，以及高集成度的特點(diǎn)簡(jiǎn)化了整體硬件板卡的復(fù)雜度和能耗。同樣的應(yīng)用，對(duì)于X86通用硬件平臺(tái)，需要1顆甚至多顆高頻率CPU，同時(shí)需要南北橋芯片組、通過(guò)PCI擴(kuò)展的硬件加速板卡或應(yīng)用加速卡等，一系列配套芯片設(shè)計(jì)使能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于同檔次多核SoC專(zhuān)用硬件平臺(tái)。
根據(jù)硬件廠商提供的典型平臺(tái)實(shí)際功耗數(shù)據(jù)對(duì)比（如圖5所示），多核SoC硬件平臺(tái)實(shí)際功耗僅為同檔次X86平臺(tái)的1/3左右。以萬(wàn)兆平臺(tái)為例，1臺(tái)萬(wàn)兆設(shè)備每年可節(jié)省2102.4度電，按照每消耗1度電等效于0.997千克的二氧化碳排量計(jì)算，每臺(tái)多核萬(wàn)兆設(shè)備每年可以減少2.1噸的二氧化碳排放，相當(dāng)于少砍伐1.14棵生長(zhǎng)5年的大樹(shù)。
圖5 SoC與X86在三種平臺(tái)上的實(shí)際功耗數(shù)據(jù)對(duì)比
在高效能、低碳排放的同時(shí)，多核架構(gòu)帶給信息安全產(chǎn)業(yè)的另一個(gè)附帶優(yōu)勢(shì)為高質(zhì)量。高度集成的SoC處理器降低了硬件平臺(tái)的整體復(fù)雜度，硬件的簡(jiǎn)化促使故障率可以降低到1%以下（X86平臺(tái)故障率通常為5%以上），達(dá)到電信級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
在安全為本、計(jì)算為王的云計(jì)算時(shí)代，多核以高性能、低碳排放和高質(zhì)量的特點(diǎn)帶給了信息安全產(chǎn)業(yè)新的機(jī)遇，在這個(gè)大環(huán)境下，誰(shuí)駕馭了多核計(jì)算，誰(shuí)就有可能決勝安全未來(lái)。
轉(zhuǎn)型的最終目的 -提質(zhì)降本增效
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