基于差分隐私的饱和计数器防御性设计
密码学与安全
2022-06-02 v1 形式语言与自动机理论
摘要
饱和计数器是动态分支预测器的基本模块，涉及现代处理器中改善指令级并行性能的核心技术。然而，大多数研究关注饱和计数器的性能提升与硬件消耗，而忽视了其可能引发的安全问题。本文创造性地提出从差分隐私的防御视角来研究与设计饱和计数器，使攻击者无法区分饱和计数器所处的状态，进而推断敏感信息。为获得理论保证，我们使用马尔可夫链对应用于饱和计数器的攻击算法进行形式化，探究最优攻击策略并计算攻击成功概率。此外，我们发现攻击者在现有饱和计数器中能够准确猜测受害者进程的分支执行。为避免此问题，我们设计了一种新的概率性饱和计数器，它推广了现有的常规与概率性饱和计数器。应用差分隐私保证推导新饱和计数器的参数，从而满足安全性需求。我们还从理论上计算了饱和计数器达到稳态时的误预测率。在测试程序上的实验结果表明，理论计算结果与实验性能相符。与现有常规及概率性饱和计数器相比，当适当选取所设计模型的参数时，新饱和计数器不仅能保证相近的运行性能，还可建立严格的安全保证。
引用
@article{arxiv.2206.00279,
title = {Defensive Design of Saturating Counters Based on Differential Privacy},
author = {Depeng Liu and Lutan Zhao and Pengfei Yang and Bow-Yaw Wang and Rui Hou and Lijun Zhang and Naijun Zhan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2206.00279},
year = {2022}
}