防堵 AI 晶片走私漏洞，德州農工大學研發「5G CATS」封裝級定位技術

為了協助落實 AI 加速器的出口管制，美國德州農工大學（Texas A&M University）研究團隊近日在 arXiv 發表了一篇名為〈5G CATS: 5G-Based Cryptographic Authorization Against Trafficking of Semiconductor Devices〉的預印本論文。該研究提出一種直接在 GPU 封裝內整合 5G 通訊與硬體防護的創新架構，透過精準驗證晶片的實際所在位置，防堵高階晶片流入受管制的地區。

傳統定位驗證的「時間餘裕」成為走私破口

論文指出，要落實 AI 晶片的出口管制，關鍵在於必須能確實驗證晶片部署後的實際運作地點。傳統做法是透過量測網路封包的往返時間（RTT），來推算晶片與受信任地標之間的距離上限。然而，正常的網路回應不可避免地會產生延遲「抖動」（Jitter），迫使驗證端必須放寬逾時門檻。這段被迫放寬的「時間餘裕」，便成了攻擊者可利用的漏洞，讓他們能從受管制地區透過光纖中繼流量來偽裝位置。

研究團隊點出，過去的防範方法不是得經過不受信任的主機軟體堆疊（Host stack），就是得依賴雜訊較大的電力線通道，這些都會讓時間餘裕變得更大，削弱防護效果。

5G CATS 將防線縮緊至 GPU 封裝底層

為解決此問題，團隊提出「5G CATS」解決方案：直接在 GPU 封裝上共同封裝（Co-package）5G 無線電、加密引擎與硬體連鎖機制（Hardware interlock），並與 5G 超可靠低延遲通訊（URLLC）基地台進行配對。

透過這項設計，無線電連線能直接在晶片封裝內部終結，將主機軟體、PCIe 互連架構與基板管理控制器（BMC）徹底排除在驗證路徑之外，從根本斬斷從主機端偽造位置的可能。

在通訊協定設計上，該團隊將經過認證的「挑戰－回應」協定精準對應到 5G 的時槽結構中，並捨棄傳統的永久清除金鑰做法，改以發放短期效期的「執行租約」（Execution leases）來動態管控。此外，系統還會將晶片回報的服務基地台資訊，與電信業者本身的連線紀錄進行交叉比對，達到雙重查核的效果。

精準度達標準 5G 十倍以上，大幅縮小防護半徑

根據論文以 ns-3 與 5G-LENA 針對無負載基地台進行的模擬測試，採用 URLLC 的無線電設定，可將第 99.9 百分位的往返時間分布範圍大幅縮減至 2.60 毫秒，精準度比預設的標準 5G 網路高出十倍以上。

在防禦表現上，5G CATS 驗證端能成功擋下來自 300 公里外的每一輪光纖中繼攻擊（預設 5G 系統需至 2,000 公里外才能攔截）。面對位於 3,000 公里外的極端攻擊者，5G CATS 在距離晶片最遠 1,410 公里內仍能保持安全防護，遠勝先前 PowerCATS 模型的最遠 619 公里紀錄；而預設 5G 在此情境下則在任何距離都不具備安全性。

研究團隊也強調，上述數據目前均來自模擬環境結果，該論文現階段仍為預印本，但已為未來的硬體級資安防護與供應鏈管制提供了極具潛力的新方向。

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（首圖為示意圖，來源：shutterstock）