Dataplant：利用低成本DRAM内数值生成原语增强系统安全
密码学与安全
2019-11-07 v2
摘要
多年来DRAM制造商一直优先考虑存储容量、良率和带宽，同时尽量保持设计尽可能简单。DRAM芯片不执行任何计算或其他重要功能，如安全性。处理器实现了大多数现有安全机制以保护系统免受安全威胁，因为1) 执行安全机制通常需要非平凡的计算能力（如加密），2) 商用DRAM芯片并非为执行数据存储以外的计算或任务而设计。本工作中，我们主张将DRAM作为向系统提供安全机制的关键组件。为此，我们提出Dataplant，一类可集成于商用DRAM芯片且改动最小、低成本、高性能且可靠的安全原语。Dataplant的主要思想是对内部DRAM时序信号稍作修改，以暴露所有DRAM芯片中固有的工艺变异，从而在DRAM内生成不可预测但可复现的数值（如密钥）。我们利用Dataplant构建两种新安全机制。第一，一种基于Dataplant的新型物理不可克隆函数（PUF），具有非破坏性读出、低评估延迟、鲁棒响应、对温度变化的弹性以及数据无关响应。第二，一种新冷启动攻击防护机制，在每个电源周期自动销毁DRAM内所有数据，且运行能耗与延迟开销为零。结合详细仿真与136颗真实商用DRAM芯片实验，我们表明基于Dataplant的PUF吞吐量比最佳最先进DRAM PUF高1.8倍。我们还证明基于Dataplant的冷启动攻击防护机制比现有机制快19.5倍且能耗低2.54倍。
引用
@article{arxiv.1902.07344,
title = {Dataplant: Enhancing System Security with Low-Cost In-DRAM Value Generation Primitives},
author = {Lois Orosa and Yaohua Wang and Ivan Puddu and Mohammad Sadrosadati and Kaveh Razavi and Juan Gómez-Luna and Hasan Hassan and Nika Mansouri-Ghiasi and Arash Tavakkol and Minesh Patel and Jeremie Kim and Vivek Seshadri and Uksong Kang and Saugata Ghose and Rodolfo Azevedo and Onur Mutlu},
journal= {arXiv preprint arXiv:1902.07344},
year = {2019}
}