面向 SGX 飞地的动态二进制翻译

诸如 Intel SGX 所支持的飞地（enclave）提供了一种用于将用户级应用程序与操作系统隔离的硬件原语。虽然飞地是一个有用的起点，但每当控制流或数据在飞地与不可信操作系统之间传输时，运行在飞地中的代码都需要额外的检查。然而，如果希望在飞地内运行现有的未修改二进制文件，SGX 上的飞地-操作系统接口可能极其庞大。本文提出 Ratel，一个运行在 Linux 上 SGX 飞地内部的动态二进制翻译引擎。Ratel 提供完全的插桩（interposition），即能够插桩飞地中所有执行的指令并监控与操作系统的所有交互。指令级插桩为未来实现多种多样的内联安全监视器提供了通用基础。我们以原则性的方式解释了为何在 SGX 上实现完全插桩具有挑战性。我们提请注意 SGX 中 5 个在性能与确保完全插桩之间产生根本性权衡的设计决策，并解释如何以有利于完全插桩的方式解决它们。为说明 Ratel 框架的实用性，我们首次尝试在 SGX 上提供与现有软件的二进制兼容性。我们报告 Ratel 对我们测试的超过 200 个程序（包括微基准测试和诸如 Linux shell 实用工具等真实应用程序）提供二进制兼容性。两种编程语言（即 Python 和 R）的运行时，使用标准基准测试，无需任何专门处理即可在 Ratel 上开箱即用。