沖突型緩存側信道攻擊的構建驅逐集研究綜述
網絡安全與數據治理
李真真1,2，宋威1,2
1 中國科學院信息工程研究所，北京100085； 2 中國科學院大學網絡空間安全學院，北京100049
摘要： 緩存側信道攻擊不斷發展，對用戶的信息安全和硬件基礎設施的安全造成威脅。緩存側信道攻擊涉及存儲系統、加密算法、瀏覽器、虛擬機、操作系統等，尤其涉及與內存的交互。部分更復雜的微架構攻擊中，攻擊者使用緩存側信道攻擊獲取關鍵信息。沖突型緩存側信道攻擊僅需要共享緩存，攻擊范圍廣，隱蔽性強。構建驅逐集，是沖突型緩存側信道攻擊中的首要和關鍵步驟。首先回顧驅逐集構建研究的發展，接著分類介紹構建驅逐集算法，并對構建驅逐集算法性能的影響因素進行分析。
中圖分類號：TP309文獻標識碼：ADOI:10.19358/j.issn.2097-1788.2024.01.001
引用格式：李真真，宋威.沖突型緩存側信道攻擊的構建驅逐集研究綜述［J］.網絡安全與數據治理，2024，43（1）：3-9.
引用格式：李真真，宋威.沖突型緩存側信道攻擊的構建驅逐集研究綜述［J］.網絡安全與數據治理，2024，43（1）：3-9.
Survey on constructing eviction sets in conflictbased cache side channel attacks
Li Zhenzhen1,2，Song Wei1,2
1 Institute of Information Engineering, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, China; 2 School of Cyber Security, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Abstract： Cache side channel attacks are threats to user′s information security and hardware infrastructure security. They involve encryption algorithms, browsers, virtual machines, and operating systems, etc., particularly caches and memory. In some more complex micro architecture attacks, the attacker uses cache side channel attacks to obtain key information. In conflict based cache side channel attacks, the attacker and the victim only need to share the cache, making a wide range threat with strong stealthiness. Constructing eviction sets is the first and critical step in conflict based cache side channel attacks. This article first reviews the development of eviction set construction researches. The eviction set construction algorithms are classified. In each classification, the representative algorithms are systematically described. Next, this article analyses the factors influencing the performance of eviction set construction algorithms.
Key words : hardware security; CPU cache; cache side channel attack; eviction set
引言
CPU漏洞為硬件安全的研究重點，特別是利用CPU微架構的漏洞，具有攻擊方式多樣、隱蔽性強、難以防御等特點，威脅用戶信息和設備的安全［1］。傳統的信息安全主要通過加密來保護隱私數據或密鑰。從微觀角度來看，計算機系統處理數據的信道，又可細分為2段：加密算法執行前的信道和加密算法運行后的信道。各種網絡攻擊技術，即使獲得加密算法運行后的信道中的數據，依然需要通過密碼破解來獲得有用信息。軟硬件的隔離機制和安全機制等，通常位于緩存層級之上。而緩存側信道技術，針對加密算法執行前的信道部分，通過在計算機底層硬件系統的緩存存儲器中獲取有效信息，繞過了大部分依賴密碼學的防御手段和系統的隔離和安全機制。此外，對于加解密的信道，如果能夠從側面獲取一些信息，也能用于密碼特征的推測，從而為密碼破解提供一些幫助。基于計算機系統微架構的側信道攻擊，只需要攻擊者和受害者共享部分硬件資源就可以攻擊。不同進程間共享緩存，為緩存側信道攻擊提供了條件。
作者信息：
李真真1,2，宋威1,2
（1 中國科學院信息工程研究所，北京100085；
2 中國科學院大學網絡空間安全學院，北京100049）
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