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@hyperfinitism

SiFive HiFive Unmatched Rev Bで遊ぶ - RISC-VにおけるConfidential Computing

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Last updated at Posted at 2026-10-11

以前の記事にて，SiFiveのRISC-Vボードを調達した．これの上で（エミュレーションではなく）実際にRISC-V TEEを動作させてアテステーションなど色々と試したい．そのために先ずRISC-V TEEを調べる必要があったので，その調べた（調べている）内容を書き留めておく．

RISC-V TEE

RISC-Vはオープンソースの命令セットアーキテクチャ（Instruction Set Architecture, ISA）である．オープンソースというよりパテントフリーという言い方のほうが自然な気もするが．

権限分離

RISC-Vでは3つの基本的な特権レベルとしてMachineモード（M-mode），Supervisorモード（S-mode），Userモード（U-mode）が存在する．それぞれのレベルで実行可能な命令が異なる1．

RISC-V Privilege Level Ring Protection What is running
U-mode 2 User app
S-mode 1 OS/Kernel
M-mode 0 FW/HV

さらに，仮想化のためのHypervisor拡張2においては，権限レベルとしてHypervisor拡張Supervisorモード（HS-mode）と呼ばれる権限レベルが存在する．また，仮想化されたS-mode及びU-modeとして，仮想Supervisorモード（VS-mode）及び仮想Userモード（VU-mode）が用意されている．

メモリアクセス分離

物理メモリへのアクセス制御機構としてPhysical Memory Protection（PMP）機能が存在する（プロセッサ依存）．PMP機能を持つハードウェアにおいては，M-modeからのみアクセス可能なレジスタ pmpaddr / pmpcfg に対し，保護したいメモリアドレス領域とアクセス権限を設定することで，メモリアクセス分離（memory access isolation）を実現する．

PMPはあくまでCPU↔DRAM間のメモリアクセス制御である．よってペリフェラルからDRAMへのDirect Memory Access（DMA）などは保護対象外である．これらに対するアクセス制御についてはInput/Output Physical Memory Protection（IOPMP）やSiFive WorldGuardなどの保護機構が提案されている．

なお，PMP機能の有無，PMPに利用可能なレジスタの個数等は，全てハードウェア実装に依存する．

TEE

上記の権限階層とPMPとにより，Arm TrustZone3におけるSecure Worldのような，メモリアクセス分離ベースのTrusted Execution Environment（TEE）を構成できる．すなわち，Machine ModeにSecurity Monitorを置き，これがPMPによるメモリアクセス分離を行いつつ，それより低い権限レベルにあるコンポーネントを監視する．これがRISC-V TEEである45．

RISC-V TEEは「RISC-Vの機能を組み合わせればTEEが実現できる」という概念レベルの話であり，標準的なTEEアーキテクチャが存在するわけではない．RISC-VベースのTEEにはKeyStone6，Penglai7，Sanctum89など様々な実装例/PoCが存在する．オープンソースならでは．ユーザからすればどれを使えば分からないという弊害しかない．

さらに，Hypervisor拡張を含む複数の拡張機能により，仮想化ベースのTEEであるConfidential VMを実現する試みもある．こちらについては命令セット等の機能拡張を伴うので，RISC-V Confidential VM Extension（CoVE）10として仕様策定が進められている．

ただしRISC-VはHardware Root of Trustを提供しない．すなわちRoT keyを焼き込むためのe-fuse（あるいはそれを含むようなコプロセッサ）などのanti-tamper storageは別途用意されなければならない．

実態

RISC-V TEEは，Machineモードというのが特権的なモードなのだから，そこにPMP/IOPMP管理などを担うSecurity Monitorを乗っけて，それより権限レベルの低いモードでOSやTrusted/Untrusted Appsを動作させればいいだろう，というシンプルな話であった．とはいえTEEにおいてシンプルな話ほど信用ならないものはない．

実際，実装が乱立しているという話からも分かるように，現状はSecurity Monitorなど全て自前で実装しなければならないのであって，かつリファレンス実装があるわけでもない．例えば，KeyStoneのSecurity Monitorは特定のプラットフォームに対してのみ実装されている11ため，別のプラットフォームで動作させるためにはSMの実装を移植する必要がある．地獄である．

ちなみにKeyStoneは開発がinactiveに移行している．

RISC-V TEE対応マシン

RISC-Vプロセッサを搭載した実機は無数にあるのだが，TEEを実現するために必要な機能をサポートする実機は限られている．例えば，Raspberry PiにはRISC-Vプロセッサを搭載したRaspberry Pi Pico 2というのがあるが，これはTEE capabilityを持たない．

SiFive

SiFiveはRISC-Vプロセッサを開発する米国のファブレス半導体企業である．前述のWorldGuardはSiFiveが開発してRISC-Vに譲渡されたものである．

SiFive Essential U74（RV64GC），SiFive S7（RV64IMAC），SiFive P550（RV64）などのコアIPを保有し，中国のESWINなどの半導体企業がこれを搭載したSoCを製造している．ESWIN EIC7700Xは，CPUとして4-core P550を，GPUとしてImagination Technologies AXM-8-256，さらに19.95TOPS@INT8のNPUを搭載したSoCである．

SiFiveは自社でもSoCをプロダクトとして展開しており，4-core U74と1-core S7という異種のコアを同居させたSoCであるSiFive Freedom U740や，データセンタ向けの32-core P870からなるSiFive BigSky SoC（TSMC製造）などがある．

SiFiveは自社IPのプロセッサ/SoCを搭載したシステムも販売している．前述のU740を搭載したSBCであるHiFive Unmatched Rev.B，ESWIN EIC7700X搭載のSBC HiFive
 Premier P550，さらにBigSkyを搭載したラックマウントサーバ BigSky SF-2U870などを展開している．

HiFice Unmatched Rev.BやHiFive Premier P550はRISC-V TEEの機能を一定備えている．前者ではKeyStoneの動作実績があり．さらに後者は研究レベルではあるものの仮想化ベースのTEEの動作実績1213もある．

Milk-V

Shenzhen MilkV TechnologyはRISC-Vプロセッサを搭載したSBCや開発ボードを製造・販売する深圳のメーカーである．

前述のESWIN EIC7700Xを搭載したMilk-V MegrezなどのSBCを販売している．とくにMegrezはプロダクトページでHypervisor拡張によるネイティブ仮想化のサポートを明示している．

  1. RISC-V Ratified Specifications Library ↩

  2. RISC-V: "H" Extension for Hypervisor Support, Version 1.0. https://docs.riscv.org/reference/isa/v20260120/priv/hypervisor.html ↩

  3. Sandro Pinto and Nuno Santos. 2019. Demystifying Arm TrustZone: A Comprehensive Survey. ACM Comput. Surv. 51(6), Article 130 (November 2019), 36 pages. https://doi.org/10.1145/3291047 ↩

  4. 須崎有康. RISC-Vのセキュリティ技術, RISC-V Days Tokyo 2021 Spring. [slide] [video] ↩

  5. Annika Wilde, Samira Briongos, Claudio Soriente, and Ghassan Karame. 2026. On Securing the Software Development Lifecycle in IoT RISC-V Trusted Execution Environments, SenSys 2026. https://doi.org/10.1145/3774906.3802779 ↩

  6. KeyStone, GitHub repository. https://github.com/keystone-enclave/keystone ↩

  7. Penglai-Enclave-sPMP, GitHub repository. https://github.com/Penglai-Enclave/Penglai-Enclave-sPMP ↩

  8. Victor Costan, Ilia Lebedev, and Srinivas Devadas. USENIX Security 2016. Sanctum: Minimal Hardware Extensions for Strong Software Isolation. https://www.usenix.org/conference/usenixsecurity16/technical-sessions/presentation/costan ↩

  9. Sanctum, GitHub repository. https://github.com/pwnall/sanctum ↩

  10. RISC-V CoVE, GitHub repository. https://github.com/rivosinc/cove ↩

  11. Keystone Security Monitor, GitHub repository. https://github.com/keystone-enclave/keystone/tree/73aeab79b97f4cea3e418897841e5534fc978f4b/sm ↩

  12. Taro Kito, Ryosuke Yamamoto, Keisuke Horii, Hiroki Masuda, Koichi Mouri. Violet: Enabling Full Virtualization for M-mode RTOS on RISC-V, arXiv preprint. https://arxiv.org/abs/2609.09833 ↩

  13. Violet, GitHub repository. https://github.com/nekomaru0510/Violet ↩

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