基于分支預(yù)測分析攻擊與防御的研究.pdf

1、基于基于分支預(yù)測分析攻擊分支預(yù)測分析攻擊與防御與防御的研究研究TheResearchonBranchPredictionAnalysisAttacksCountermeasures領(lǐng)域：計(jì)算機(jī)技術(shù)作者姓名：譚雅指導(dǎo)教師：郭煒研究員企業(yè)導(dǎo)師：王粟高級(jí)工程師天津大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院二零一四年十一月摘要幾年來，隨著信息安全技術(shù)的發(fā)展，微體系結(jié)構(gòu)分析攻擊已成為通用處理器上多種密碼算法實(shí)現(xiàn)的最大威脅，相關(guān)研究逐漸成為密碼側(cè)信道攻擊的熱點(diǎn)。本文

2、將在對(duì)各種微體系結(jié)構(gòu)分析攻擊研究的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)關(guān)注分支預(yù)測分析攻擊。此種攻擊具有更大的威脅性，依據(jù)對(duì)微體系結(jié)構(gòu)中分支預(yù)測單元的BTB(BranchTargetBuffers分支目標(biāo)緩存)分析，在理論上，通過實(shí)施一次攻擊即可破解出RSA或者ECC等加密算法的全部密鑰。并且在執(zhí)行攻擊流程上，完全“合法”，只需一個(gè)精心設(shè)計(jì)的間諜進(jìn)程輔助攻擊的實(shí)施。目前，針對(duì)此攻擊只有軟件的防護(hù)方法，并具有明顯缺陷。本文提出微體系結(jié)構(gòu)的硬件防護(hù)措施來有效抵御此

3、種攻擊。在防護(hù)過程中，文章將使用記錄表動(dòng)態(tài)判別系統(tǒng)運(yùn)行中的間諜進(jìn)程，并立即激活對(duì)應(yīng)的防護(hù)策略。在BTB中，最近訪問的關(guān)鍵分支語句將被強(qiáng)行加鎖，阻止間諜進(jìn)行對(duì)其進(jìn)行替換，破壞攻擊條件，達(dá)到有效防護(hù)的目的。實(shí)驗(yàn)表明提出的微體系防護(hù)策略僅僅只需要8KB的硬件開銷，并且由于加鎖后的BTB行被進(jìn)程獨(dú)占，減少訪問BTB的替換沖突，所以整體性能上有0.12%的微弱提升。同時(shí)，此方案可以完全對(duì)軟件層透明，消除了軟件方法中對(duì)于程序的依賴，減少了防護(hù)代價(jià)。