IRO：增强完整性与可靠性的环形 ORAM
密码学与安全
2021-01-20 v2 硬件体系结构
摘要
内存安全性与可靠性是云计算系统中的两大主要设计关切。最先进的内存安全-可靠性协同设计（如 Synergy）已在性能、机密性、完整性与可靠性之间取得良好平衡。然而，这些工作仅依赖加密来确保数据机密性，已被证明无法防止来自内存访问模式的信息泄露。环形 ORAM（Ring ORAM）是一种有吸引力的机密性保护协议，可隐藏至不可信存储系统的内存访问模式。遗憾的是，它与安全-可靠性协同设计不兼容。强行结合将导致更严重的性能损失。本文中，我们提出 IRO，一种增强完整性与可靠性的环形 ORAM 设计。为降低完整性验证开销，我们提出低开销完整性树 RIT，并使用最小更新子树树（MUST）来减少元数据更新开销。为提升内存可靠性，我们提出安全复制（Secure Replication）为 ORAM 树提供通道级错误弹性，并使用镜像通道技术保证 MUST 的可靠性。最后，我们利用纠错指针（ECP）修复永久性内存单元故障，以进一步提升器件可靠性与寿命。采用紧凑元数据设计以降低 ECP 的存储与查询开销。IRO 提供强安全性与可靠性保证，同时带来的存储与性能开销极小。我们的评估显示，在双通道四 AES-GCM 单元设置下，IRO 相较基线（Baseline）平均仅增加 7.54% 执行时间。在有足够 AES-GCM 单元进行并发 MAC 计算时，IRO 可较基线减少 2.14% 执行时间。
引用
@article{arxiv.2012.14318,
title = {IRO: Integrity and Reliability Enhanced Ring ORAM},
author = {Wenpeng He and Dan Feng and Fang Wang and Yue Li and Mengting Lu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2012.14318},
year = {2021}
}
备注
This work has been submitted to the IEEE for possible publication