Simplex：将英特尔内存保护扩展重新用于信息隐藏

随着软件漏洞利用的迅速增加，过去几十年中出现了若干硬件级安全特性（例如 Intel MPX、ARM TrustZone、Intel SGX、Intel CET）。由于安全、性能和/或可用性问题，这些特性一直受到持续批评。其中一个特性是英特尔内存保护扩展（MPX），这是一种指令集架构扩展，凭借硬件加速的边界检查以较低性能代价提供空间内存安全。然而，近期对 MPX 的研究发现，其在性能、准确性和精确度上均不及前沿的基于软件的空间内存安全方案。作为直接后果，编译器和操作系统对 MPX 的支持正在消失，且英特尔已开始制造不含 MPX 的桌面 CPU。尽管如此，鉴于 MPX 的广泛存在，它提供了一种优秀却未充分利用的硬件资源，可被恰当地挽救用于安全目的。本文中，我们提出 Simplex，一个将 MPX 寄存器重新用作通用寄存器的库框架。利用 Simplex，我们展示了如何将敏感信息（如加密密钥）直接存储于硬件的 MPX 寄存器中。我们评估了 Simplex 的性能，发现其开销足够小，除对性能要求极为严苛的代码外均可部署。我们重构了 string.h 缓冲区操作函数，发现几何平均性能开销为 0.9%。我们还修改了 deepsjeng 和 lbm 这两个 SPEC CPU2017 基准测试以使用 Simplex，分别发现 1% 和 0.98% 的性能开销。最后，我们研究了 MPX 上下文在多进程与多线程程序中的行为。