BOLT：由安全 HBM 加速器驱动的带宽优化型高速无关映射

虽然受信任执行环境 (TEE) 为安全云计算提供了坚实的基础，但它们仍然面临访问模式泄漏的风险。无关映射 (OMAP) 通过完全隐藏访问模式来缓解这一问题，但由于随机重映射和最坏情况填充，其开销较高。我们认为这些成本并非根本性的。具有高带宽内存 (HBM) 的现代加速器提供了新的机遇：Vaswani 等人 [OSDI'18] 指出，即使对于物理攻击者，HBM 的内存通道也难以窃听——它们的存储通道被封装在与处理器核心在同一物理封装内。后来，Hunt 等人 [NSDI'20] 表明，通过适当的隔离，HBM 可以变成一个不可观测的区域，其中数据和内存痕迹都被隐藏。这促使我们重新思考 OMAP 的设计，利用 HBM 支持的解决方案来最终克服其传统的性能限制。建立在这些见解基础上，我们提出 BOLT，这是一个带宽优化、快速的 OMAP 加速器，首次实现了 $O(1) + O(\log_2(\log_2(N)))$ 的带宽开销。BOLT 引入了三个关键创新：(i) 一种新的 OMAP 算法，利用隔离的 HBM 作为不可观测的缓存来加速对大型主机内存的无关访问；(ii) 一种自托管架构，将执行和内存控制卸载到主机之外，以减轻 CPU 侧的泄漏；(iii) 为最大化资源效率而量身定制的算法-体系结构协同设计。我们在 Xilinx U55C FPGA 上实现了一个 BOLT 原型。评估显示，BOLT 在初始化和查询时间上分别相对于最先进的 OMAP 以及包括 Facebook 在内的行业实现，实现了最高可达 279 倍和 480 倍的加速。