变色龙缓存：以随机替换近似全相联缓存以防止基于竞争的缓存攻击
密码学与安全
2022-09-30 v1 硬件体系结构
摘要
随机化倾斜缓存（RSC）如CEASER-S近来受到广泛关注，用于防御基于竞争的缓存侧信道。通过随机化并定期更改地址到缓存组的映射，这些技术旨在混淆内存访问模式的泄露。然而，新的攻击技术（例如Prime+Prune+Probe）很快展示了RSC的局限性，因为它们允许攻击者更快地获知哪些地址在缓存中竞争，并利用此信息规避随机化。为了仍保持侧信道弹性，RSC必须更频繁地更改随机映射，这对性能和实现复杂度产生不利影响。本工作旨在使基于随机化的方法更具鲁棒性，以允许降低重密钥速率，并提出了变色龙缓存（Chameleon Cache）。变色龙缓存通过受害者缓存（VC）扩展RSC，以将RSC中的竞争与用户观察到的驱逐解耦。VC使变色龙缓存能够额外利用RSC提供的多映射将地址转换为缓存组索引：当一条缓存行在其某一映射下从RSC驱逐至VC时，VC自动使用该不同映射将此被驱逐行重新插入RSC。结果，先前RSC组竞争的影响被隐藏，且变色龙缓存展现出类似于具有随机替换的全相联缓存的侧信道抵抗力和驱逐模式。我们表明变色龙缓存的性能开销小于1%，并强调VC更普遍地有助于提升随机化缓存的侧信道抵抗力和重密钥间隔。
引用
@article{arxiv.2209.14673,
title = {Chameleon Cache: Approximating Fully Associative Caches with Random Replacement to Prevent Contention-Based Cache Attacks},
author = {Thomas Unterluggauer and Austin Harris and Scott Constable and Fangfei Liu and Carlos Rozas},
journal= {arXiv preprint arXiv:2209.14673},
year = {2022}
}
备注
12 pages, 9 figures, 6 algorithms, 1 table