我们这两年测试企业级NVMe SSD的controller和盘的时候经常碰到一个术语叫SPDM，另外，我们也经常听到工程师问：你有没有工具可以尝试SPDM？我的SPDM是SPDM over DOE的，等等，诸如此类的东西。SerialTek PCIe 5.0（含）分析仪都支持DOE/IDE协议解码，SanBlaze RM6等产品都支持针对SPDM的上层的功能的自动化测试，我们今天就来讲讲这些基础概念，让大家清楚这些概念都是什么意思。

我们今天下面的资料完全基于公开资料（PCI-SIG / DMTF / CXL 等文档）整理的解释，讲一下三个概念 SPDM、DOE、IDE 的定义以及 Host 与 Device 初始化和交互流程，并说明它们之间的关系。

上图：SerialTek的PCIe协议分析仪支持DOE/IDE协议解码和诊断分析，训练器支持协议的packet生成

上面两图：SanBlaze SSD测试工具提供针对从SPDM 1.0~1.3的完整的测试脚本和测试用例，为业内主流公司所使用

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一、SPDM 是什么

SPDM = Security Protocol and Data Model（DMTF定义）

SPDM 是一个 设备安全认证和安全会话建立协议，主要用于：

• 设备身份认证
• 设备固件完整性验证
• 安全会话建立
• 密钥交换

SPDM 可以让 两个硬件组件建立安全通信会话，并支持设备身份信息、测量值和证书的交换。

SPDM 的核心目标：

1. Device identity
2. Device authentication
3. Measurement(firmware integrity)
4. Secure session establishment
5. Key exchange

SPDM 在 PCIe / CXL / NVMe 等体系中通常用于：

• Host 验证设备是否可信
• 设备验证 Host 环境
• 建立安全通信会话

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二、DOE 是什么

DOE = Data Object Exchange

DOE 是 PCIe specification 中的一个 Extended Capability。

DOE 提供一个 Mailbox 机制，允许 Host 软件和 PCIe 设备交换结构化数据对象，例如：

• SPDM 消息
• 安全管理消息
• 设备测量数据

换句话说：

1. DOE =PCIe中传输安全消息的通道

PCI-SIG文档说明：

• DOE 允许 Host 与 PCIe 设备之间交换数据对象
• SPDM 等安全协议可以通过 DOE 传输

DOE 的特点：

• 位于 PCIe configuration space
• 使用 mailbox registers
• Host 通过 config read/write 访问

结构示意：

1. PCIe device
2. └─ DOE ExtendedCapability
3. └─ DOE mailbox

Host 通过该 mailbox 与设备交换安全消息。

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三、IDE 是什么

IDE = Integrity and Data Encryption

IDE 是 PCIe 的 链路安全机制。

IDE 的作用：

• 对 PCIe TLP 数据进行加密
• 提供完整性保护
• 防止数据篡改
• 防止重放攻击

IDE 使用 AES-GCM 加密算法对 PCIe 传输的数据包进行保护。

IDE 保护的是：

1. PCIe Transaction Layer Packets(TLP)

IDE 在 PCIe / CXL 系统中的目标是：

• 防止物理链路窃听
• 防止链路数据被篡改

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四、SPDM、DOE、IDE 的关系

这三个技术的关系是：

1. SPDM
2. ↓
3. DOE (transport)
4. ↓
5. PCIe
6. ↓
7. IDE (link encryption)

具体作用：

技术	作用
SPDM	认证与密钥协商
DOE	PCIe上交换SPDM消息
IDE	用协商出的密钥加密PCIe链路

IDE 需要 密钥管理协议（IDE_KM），而这些密钥通常通过 SPDM 会话建立后传输。

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五、Host 与 Device 的初始化流程

在 PCIe / CXL 安全体系中，Host 与 Device 的交互流程大致如下。

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第1阶段：PCIe设备枚举

系统启动时：

1. Host
2. ↓
3. PCIe enumeration
4. ↓
5. 发现device capability
6. ↓
7. 检测 DOE capability

如果设备支持安全功能，会在 PCIe capability 中暴露：

1. DOE capability
2. IDE capability

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第2阶段：SPDM认证流程

Host 与 Device 通过 DOE mailbox 进行 SPDM 通信。

流程示意：

1. Host                       Device
2. ─────────────────────────────────
3.  GET_VERSION  ───────────────►
4. ◄──────────── VERSION
6.  GET_CAPABILITIES ───────────►
7. ◄──────────── CAPABILITIES
9.  GET_DIGESTS ────────────────►
10. ◄──────────── DIGESTS
12.  GET_CERTIFICATE ────────────►
13. ◄──────────── CERT_CHAIN
15.  CHALLENGE ──────────────────►
16. ◄──────────── SIGNATURE

这个阶段完成：

• 设备身份认证
• 证书验证
• 固件测量验证

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第3阶段：建立安全会话

认证完成后建立 SPDM secure session：

1. KEY_EXCHANGE
2. FINISH

此时双方生成：

1. session keys

SPDM secure session 支持：

• encryption
• MAC
• replay protection

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第4阶段：IDE Key 管理

安全会话建立后，Host 通过 IDE_KM 协议配置 IDE 密钥。

流程示意：

1. Host                      Device
2. ─────────────────────────────────
3.  IDE_KM_KEY_SET ───────────►
4. ◄──────────── ACK
6.  IDE_KM_KEY_ACTIVATE ──────►
7. ◄──────────── ACK

这些消息在：

1. SPDM secure session

内部传输。

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第5阶段：IDE链路加密启动

IDE启动后：

1. PCIe TLP traffic

全部通过 IDE 加密。

IDE保护：

1. PCIe TLP payload

提供：

• confidentiality
• integrity
• replay protection

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六、完整安全初始化流程

整个 Host / Device 初始化流程如下：

1. 1PCIe enumeration
2. 2Host发现DOE capability
3. 3  SPDM认证
4. 4  SPDM建立secure session
5. 5  IDE_KM密钥管理
6. 6  IDE链路加密启动
7. 7正常PCIe通信

架构示意：

1. Host
2. │
3. SPDM authentication
4. │
5. DOE mailbox
6. │
7. PCIe
8. │
9. IDE encryption
10. │
11. Device

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七、在哪些场景会用到这些机制

这些机制主要用于 数据中心和安全计算环境：

典型场景包括：

1 PCIe设备认证

例如：

• NVMe SSD
• GPU
• SmartNIC

Host需要验证设备是否可信。

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2 Confidential Computing

例如：

• Intel TDX
• AMD SEV
• CXL memory device

设备必须通过 SPDM 认证。

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3 PCIe链路安全

IDE用于防止：

• PCIe链路窃听
• 数据篡改
• replay攻击

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八、总结

三个概念的核心区别：

技术	全称	功能
SPDM	Security Protocol and Data Model	设备认证和安全会话
DOE	Data Object Exchange	PCIe上传输安全消息
IDE	Integrity and Data Encryption	PCIe链路加密

关系：

1. SPDM →建立安全会话
2. DOE  →传输SPDM消息
3. IDE  →加密PCIe链路

//* 当前SPDM最新版本是1.3.3，感兴趣的可以直接到下面链接下载：https://www.dmtf.org/sites/default/files/standards/documents/DSP0274_1.3.3.pdf