面向精密加密代码的定向加固：针对 Spectre v1
密码学与安全
2025-06-10 v2
摘要
Spectre v1 攻击对安全关键软件构成重大威胁，尤其是加密实现。现有的软件缓解措施通常会在不评估其脆弱性的情况下对指令进行非选择性加固，从而引入过度开销。我们提出一种分析框架，采用 novel fixpoint 算法检测 Spectre 漏洞并应用定向加固。该 fixpoint 算法考虑逐步加固导致的程序行为变化，从而实现精确、可靠且高效的漏洞检测。该框架还为多样化的加固策略和攻击模型提供灵活性，从而实现定制化的定向加固。我们将该框架实现为 LightSLH，该方法以可证明的安全性加固程序。我们在 OpenSSL、Libsodium、NaCL 和 PQClean 中的加密算法上对 LightSLH 进行评估。在所有实验案例中，LightSLH 在当前可证明保护策略中开销最低，其中 50% 的案例实现 0% 开销。值得注意的是，LightSLH 的分析揭示了两个先前未知的安全问题：(1) 编译器会引入由 LLSCT 所忽略的风险后者是一种在 LLVM IR 级别上已被证明安全的加固方法。我们成功地通过利用编译器插入的堆栈加载构建了一个侧信道，从而确认了这一风险。(2) 即使对于具有缓存行粒度的观察者，散列-收集算法生成的内存访问模式仍然取决于机密。这些发现和结果凸显了对特定指令应用准确保护的重要性。
关键词
引用
@article{arxiv.2408.16220,
title = {Place Protections at the Right Place: Targeted Hardening for Cryptographic Code against Spectre v1},
author = {Yiming Zhu and Wenchao Huang and Yan Xiong},
journal= {arXiv preprint arXiv:2408.16220},
year = {2025}
}
备注
Accepted to appear at USENIX Security 2025