Chunked-Cache：面向安全架构的按需可扩展缓存隔离
密码学与安全
2021-10-18 v1
摘要
多核处理器中的共享缓存资源易受缓存侧信道攻击。近期提出的防御方法各有缺陷：基于随机化的防御除依赖弱密码学原语外，还易受不断演进的攻击算法威胁，因为它们并未从根本上解决缓存侧信道攻击的根源。另一方面，缓存分区防御提供严格的资源隔离并有效阻断所有侧信道威胁。然而，它们通常依赖基于路（way）的分区，粒度不够细，且无法很好地扩展以支持更多保护域，例如在可信执行环境（TEE）安全架构中，此外还会降低性能并常导致缓存利用率不足。为克服两类方法的不足，我们提出一种新颖且灵活的面向 TEE 架构的组相联缓存分区设计，称为 Chunked-Cache。Chunked-Cache 使执行上下文能够在需要侧信道弹性时“切出”一块可配置的独占缓存块；若不需要侧信道弹性，则可自由使用主流缓存资源。因此，我们的方案通过实现侧信道弹性缓存的选择性、按需利用，切实地解决了安全性与性能的权衡问题，同时提供有充分依据的面向未来的安全保证。我们表明，Chunked-Cache 为敏感代码执行提供了侧信道弹性缓存利用，硬件开销小，且对操作系统无性能开销。我们还表明，其性能优于传统基于路的缓存分区 43%，同时扩展性显著更优，可支持更多保护域。
引用
@article{arxiv.2110.08139,
title = {Chunked-Cache: On-Demand and Scalable Cache Isolation for Security Architectures},
author = {Ghada Dessouky and Alexander Gruler and Pouya Mahmoody and Ahmad-Reza Sadeghi and Emmanuel Stapf},
journal= {arXiv preprint arXiv:2110.08139},
year = {2021}
}
备注
Accepted on 3 Sept 2021 to appear at the Network and Distributed System Security Symposium (NDSS) 2022