From ca0fd420d458c71d78413306b6a565bead149c62 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Iru Cai Date: Tue, 28 May 2019 13:53:34 +0800 Subject: more fixing --- chap/abs.tex | 2 +- chap/chap3.tex | 8 ++++---- chap/chap6.tex | 46 ++++++++++++++++++++++++---------------------- 3 files changed, 29 insertions(+), 27 deletions(-) diff --git a/chap/abs.tex b/chap/abs.tex index 81b1b10..fee0882 100644 --- a/chap/abs.tex +++ b/chap/abs.tex @@ -8,7 +8,7 @@ 可能带来安全性的问题。其中 Spectre 攻击利用处理器的推测式执行，通过 暂态指令的执行构造隐蔽信道，将程序中的秘密信息泄露给攻击者，破坏了程 序的安全保证和系统的隔离性。由于推测式执行是微处理器设计中提升性能的 - 重要手段，在防御 Spectre攻击的同时，减少防御手段带来的性能下降，是一 + 重要手段，在防御 Spectre 攻击的同时，减少防御手段带来的性能下降，是一 个重要的问题。 本文基于模拟平台，针对推测式执行侧信道攻击设计实现了一种防御结构。主 diff --git a/chap/chap3.tex b/chap/chap3.tex index 19b358e..a5fe00c 100644 --- a/chap/chap3.tex +++ b/chap/chap3.tex @@ -137,7 +137,7 @@ SafeSpec\supercite{safespec}提出了一种设计原则保护处理器免受推 \label{fig:safespec} \end{figure} -虽然SafeSpec原则上很简单，但必须解决许多与其安全性，复杂性和性能相关的 +虽然 SafeSpec 原则上很简单，但必须解决许多与其安全性，复杂性和性能相关的 问题。 将状态从影子状态移动到提交状态有两种选择。第一种选择是等待分支（Wait @@ -663,8 +663,8 @@ Matrix[X,Y] {}={} & (IQ[X].opcode == Memory) \\ 也是攻击者推断出秘密数据的要求。 \end{enumerate} -在 TPBuf 过滤器中，以上行为模式称为 S-pattern. 如果观察到推测式执行的 -指令序列具有以下特征，则认为它具有 S-pattern: +在 TPBuf 过滤器中，以上行为模式称为S-模式。如果观察到推测式执行的 +指令序列具有以下特征，则认为它具有S-模式： \begin{enumerate} \item 至少有两个指令 A 和 B 访问不同的内存页 @@ -689,7 +689,7 @@ TPBuf 的结构如图 \ref{fig:tpbuf} 所示。TPBuf 的条目和装载存储队 它的条目分配、提交等操作和 LSQ 一起进行。TPBuf 包含了所有进行中的推测式 的访存指令。为了避免攻击者访问未授权的数据，并将其传播到自己的地址空间， 需要先用 TLB 获得访问的物理地址，将其写入 TPBuf 中该访问对应的一 -项。TPBuf 检测 S-pattern，并将结果再传至缓存命中过滤器，决定是否阻止一 +项。TPBuf 检测S-模式，并将结果再传至缓存命中过滤器，决定是否阻止一 个可疑推测式执行的请求。 % 分配：当在LSQ中分配存储器访问指令时，它们也在TPBuf中分配并且A位被置位。并且根据TPBuf中的A位生成掩码。 diff --git a/chap/chap6.tex b/chap/chap6.tex index f49d8fd..518c02f 100644 --- a/chap/chap6.tex +++ b/chap/chap6.tex @@ -1,39 +1,41 @@ \chapter{总结与展望}\label{sec:conclusion} +本章首先总结本文的工作，并对后续工作作出展望。 + \section{本文工作总结} 计算机系统的安全越来越受到重视，基于软件的微架构侧信道攻击是对计算机系 统安全的威胁之一，它不依赖于软件漏洞，难以被检测与防 -范。Meltdown 和Spectre 利用暂态指令形成的侧信道，展示了一种新的攻击方式。 -其中 Spectre利用了现代微处理器的推测式执行机制，而推测式执行是提高指令 +范。Meltdown 和 Spectre 利用暂态指令形成的侧信道，展示了一种新的攻击方式。 +其中 Spectre 利用了现代微处理器的推测式执行机制，而推测式执行是提高指令 级并行性的重要手段，如何在防御 Spectre 的同时保持推测式执行带来的性能提 升，是一个值得研究的问题。只通过软件的修改难以防御多种类型的 Spectre 攻击，因此需要通过改进微架构的设计，以解决 Spectre 攻击的问题。本文主 要工作如下： \begin{enumerate} -\item 首先调研已有的 Meltdown 和 Spectre 的攻击变体，包括 - 对 Meltdown 和 Spectre 的分类，各类攻击的原理，和它们的利用方式。 -\item 调研已有的 Meltdown 和 Spectre 的防御方法，包括软件防御、硬件防御 - 和软硬件结合的防御方法。其中最重要的是硬件防御方法，主要介 - 绍InvisiSpec 和 Conditional Speculation 两种，并分析了各种防御方案设 - 计特点，可防御的攻击种类，和它们的优缺点。 -\item 设计一种防御防御 Spectre 攻击的微架构，并在 Gem5 中进行实现。这种 - 防御方案利用动态信息流追踪技术检测指令流中可能被用于 Spectre 攻击泄露 - 数据的装载指令，并采用 InvisiSpec 方案执行检测为不安全的装载指令。 -\item 最后对实现的 Spectre 防御方案进行评估，首先构造了一个能用于 Gem5 - 的概念性验证程序，用于测试所实现的微架构的安全性。为了评估这种微架构 - 的性能开销，使用 SPEC CPU2006 评测了这种微架构的性能，和原有的不安全 - 的处理器相比，性能开销为 8.5\%，优于只用 InvisiSpec 执行推测式执行的 - 指令或阻止检测出的不安全指令的方法。 +\item 首先调研已有的 Meltdown 和 Spectre 的攻击变体，包括对 Meltdown + 和 Spectre 的分类，各类攻击的原理，和它们的利用方式。 +\item 调研已有的 Meltdown 和 Spectre 的防御方法，包括软件防御、硬件防 + 御和软硬件结合的防御方法，重点研究硬件防御方法，并分析了各种防御方案 + 的设计思想、实现方法、安全性和开销。 +\item 设计一种针对 Spectre 的微体系结构，并在 Gem5 模拟平台中进行实现。 + 这种防御方案动态追踪信息流，检测指令流中可能被用于 Spectre 攻击泄露 + 数据的装载指令并进行标记。对于有风险的数据装载，使用安全的数据装载方 + 案，避免在高速缓存状态中留下暂态执行的痕迹。 +\item 最后对实现的 Spectre 防御方案进行评估，构造了一个能用于 Gem5 的 + 概念性验证程序，验证了该微体系结构设计可以防御测试中的攻击。为了评估 + 这种微架构的性能开销，使用 SPEC CPU2006 评测了这种微架构的性能，和原 + 有的不安全的处理器相比，性能开销为 8.5\%，减少了需要安全执行的推测式 + 数据读取，降低了防御的性能开销。 \end{enumerate} \section{未来工作展望} -本文实现了一种 Spectre 攻击中泄露数据指令的检测技术，并结合已有 -的InvisiSpec 方案，实现了一种可防御 Spectre 攻击的微架构。当前的工作只 -考虑了利用控制流推测式执行的 Spectre 攻击，后续的工作可以加入 -对 Spectre-STL 攻击的防御，再评估此模型的性能开销。 +本文实现了一种 Spectre 攻击中泄露数据指令的检测技术，并结合已有的 +InvisiSpec 方案，实现了一种可防御 Spectre 攻击的微架构。当前的工作只考 +虑了利用控制流推测式执行的 Spectre 攻击，后续的工作可以加入对 +Spectre-STL 攻击的防御，再评估此模型的性能开销。 此外，本工作只在模拟器中进行模拟，而未在真实的处理器中实现。后续的工作 -可以在 RISC-V BOOM 等真实处理器上实现这种微架构设计，以评估这种设计在 -实现中的可行性，和对真实处理器性能、功耗的影响。 +可以在 RISC-V BOOM\supercite{boom} 等真实处理器上实现这种微架构设计， +以评估这种设计在实现中的可行性，和对真实处理器性能、功耗的影响。 -- cgit v1.2.3