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diff --git a/chap/chap1.tex b/chap/chap1.tex index 9ffc65d..e4ec1f6 100644 --- a/chap/chap1.tex +++ b/chap/chap1.tex @@ -1,10 +1,39 @@ % Copyright (c) 2014,2016,2018 Casper Ti. Vector % Public domain. -\chapter{绪论} +\chapter{绪论}\label{sec:intro} \section{选题背景与研究意义} +现代微处理器使用了超标量流水线、乱序执行等设计，通过利用程序内的指令级 +并行性，掩盖指令的延迟的方法，提高处理器的指令执行效率。乱序执行是处理 +器对指令进行动态调度的技术，它允许一条指令在满足数据依赖后即可进入执行 +单元执行，而无需等待程序序列之前的指令。超标量处理器设计多条执行流水线， +使得处理器每一周期可以执行多条指令。由于程序中大量出现转移指令，计算转 +移方向和目标之前可能有较长延迟，影响流水线的利用率，因此处理器使用了转 +移预测和推测式执行技术。处理器可以根据转移预测得出的分支方向和转移目标， +从预测的目标地址处或取指令并执行。 + +由于处理器在执行程序的过程中，处理器可能接收外部中断，指令执行可能产生 +异常，因此乱序执行的处理器使用一个称为重排序缓冲的队列，按程序序列保存 +流水线中的指令，在产生中断或异常后，将产生异常的指令及其之后执行的指令 +产生的效果撤销。在使用推测式执行的处理器中，处理器在预测错误时，由该预 +测产生的推测式执行的指令，也需要类似的错误恢复机制撤销。处理器中的错误 +恢复机制使得处理器在体系结构层次上的状态保持正确，从而程序正确运行。 + +2018年公布的 Meltdown\supercite{meltdown} 和 +Spectre\supercite{spectre} 攻击使人们发现，虽然处理器在执行指令产生异 +常，或推测式执行错误后，通过恢复可以使体系结构层次上的状态保持正确，但 +是这些错误执行的指令在微架构中产生了副作用，并且可能泄露系统中的秘密数 +据，破坏了系统的安全。从 Meltdown 和 Spectre 被发现之后，Intel、AMD、 +ARM等处理器设计厂商，和Google、Microsoft等软件厂商，均提出了软件补丁或 +处理器微码更新，用于减轻 Meltdown 和 Spectre 的威胁。Intel 在后续的处 +理器中，也在硬件上对一些攻击做出了防御。 + +已有的基于软件的解决方法，存在性能开销大，防御的攻击种类单一等缺点。因 +此也有研究，尝试通过微架构的设计，低开销地防御 Meltdown 和 Spectre 攻 +击。本文的目标是设计并实现一种微架构，防御 Spectre 攻击。 + \section{研究平台与环境} 本文使用 gem5 模拟器\supercite{gem5}作为研究平台。gem5 提供了多种 CPU @@ -18,4 +47,23 @@ DRAM、crossbar等组件，通过使用Ruby存储系统，还可以模拟自定 \section{论文组织结构} +本文的组织结构如下： + +第\ref{sec:intro}章~\nameref{sec:intro}。阐述本文的选题背景和研究意义、研究平台与环境，并简述论文 +的组织结构。 + +第\ref{sec:attack}章~\nameref{sec:attack}。分析已经发现的 Meltdown 和 +Spectre 攻击的各个变体。 + +第三章~\nameref{sec:defense}。对已经提出的 Meltdown 和 +Spectre 攻击的软硬件防御进行分析。 + +第四章~\nameref{sec:mywork}。提出本文所设计的防御 +Spectre 攻击的方法，并描述在 gem5 模拟器上的实现。 + +第五章~\nameref{sec:eval}。对本文设计的 Spectre 防御方案，进行安全性的 +验证和性能分析。 + +第六章~\nameref{sec:conclusion}。总结本文的主要工作和研究意义，并对未来工作进行展望。 + % vim:ts=4:sw=4 diff --git a/chap/chap2.tex b/chap/chap2.tex index 0326ef9..d2bcecf 100644 --- a/chap/chap2.tex +++ b/chap/chap2.tex @@ -1,7 +1,7 @@ % Copyright (c) 2014,2016 Casper Ti. Vector % Public domain. -\chapter{Meltdown和Spectre攻击} +\chapter{Meltdown和Spectre攻击}\label{sec:attack} 本章首先介绍侧信道攻击，之后对已有的 Meltdown 和 Spectre 攻击的各种变 体进行分类讲解，最后简单地介绍已有攻击的其他使用形式。 diff --git a/chap/chap3.tex b/chap/chap3.tex index bc4ce99..9ed3df5 100644 --- a/chap/chap3.tex +++ b/chap/chap3.tex @@ -1,7 +1,7 @@ % Copyright (c) 2014,2016,2018 Casper Ti. Vector % Public domain. -\chapter{Meltdown和Spectre攻击的防御方案分析} +\chapter{Meltdown和Spectre攻击的防御方案分析}\label{sec:defense} Meltdown 和 Spectre 及其多种变体被发现后，研究者提出了多种减轻这些攻击 的防御方法，它们需要对软件或硬件进行修改。也有研究者提出通过修改现有的 diff --git a/chap/chap4.tex b/chap/chap4.tex index f47c8ad..90ab366 100644 --- a/chap/chap4.tex +++ b/chap/chap4.tex @@ -1,4 +1,4 @@ -\chapter{可抵抗Spectre攻击的微架构的设计与实现} +\chapter{可抵抗Spectre攻击的微架构的设计与实现}\label{sec:mywork} 本章讲解本文提出的一种防御 Spectre 攻击的方法，该方法使用动态信息流追 踪的方法，检测 Spectre 组件指令流中可能泄露秘密数据的访存指令，并使用 diff --git a/chap/chap5.tex b/chap/chap5.tex index df3e01b..c79fa9e 100644 --- a/chap/chap5.tex +++ b/chap/chap5.tex @@ -1,4 +1,4 @@ -\chapter{评测} +\chapter{评测}\label{sec:eval} \section{评测环境} diff --git a/chap/chap6.tex b/chap/chap6.tex index 4dbaa5e..be70854 100644 --- a/chap/chap6.tex +++ b/chap/chap6.tex @@ -1,4 +1,4 @@ -\chapter{总结与展望} +\chapter{总结与展望}\label{sec:conclusion} \section{本文工作总结} |