論文の概要: BackCache: Mitigating Contention-Based Cache Timing Attacks by Hiding Cache Line Evictions
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2304.10268v4
- Date: Mon, 18 Mar 2024 05:52:15 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-03-20 06:28:31.188365
- Title: BackCache: Mitigating Contention-Based Cache Timing Attacks by Hiding Cache Line Evictions
- Title（参考訳）: BackCache: キャッシュラインの排除によるコンテントベースのキャッシュタイムアタックの軽減
- Authors: Quancheng Wang, Xige Zhang, Han Wang, Yuzhe Gu, Ming Tang,
- Abstract要約: L1データキャッシュ攻撃は、重大なプライバシーと機密性の脅威を引き起こす。
BackCacheは常にキャッシュミスではなくキャッシュヒットを達成し、L1データキャッシュに対する競合ベースのキャッシュタイミング攻撃を軽減します。
BackCacheは、解放されたキャッシュラインをL1データキャッシュから完全に連想的なバックアップキャッシュに配置して、排除を隠蔽する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.46215723037597
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Caches are used to reduce the speed differential between the CPU and memory to improve the performance of modern processors. However, attackers can use contention-based cache timing attacks to steal sensitive information from victim processes through carefully designed cache eviction sets. And L1 data cache attacks are widely exploited and pose a significant privacy and confidentiality threat. Existing hardware-based countermeasures mainly focus on cache partitioning, randomization, and cache line flushing, which unfortunately either incur high overhead or can be circumvented by sophisticated attacks. In this paper, we propose a novel hardware-software co-design called BackCache with the idea of always achieving cache hits instead of cache misses to mitigate contention-based cache timing attacks on the L1 data cache. BackCache places the evicted cache lines from the L1 data cache into a fully-associative backup cache to hide the evictions. To improve the security of BackCache, we introduce a randomly used replacement policy (RURP) and a dynamic backup cache resizing mechanism. We also present a theoretical security analysis to demonstrate the effectiveness of BackCache. Our evaluation on the gem5 simulator shows that BackCache can degrade the performance by 1.33%, 7.34%, and 7.59% For OS kernel, single-thread, and multi-thread benchmarks.
- Abstract（参考訳）: キャッシュはCPUとメモリ間の速度差を減らし、最新のプロセッサの性能を改善するために使われる。
しかし、攻撃者は競合ベースのキャッシュタイミング攻撃を使用して、慎重に設計されたキャッシュ消去セットを通じて被害者プロセスから機密情報を盗むことができる。
また、L1データキャッシュ攻撃は広く利用されており、プライバシーと機密性の重大な脅威となる。
既存のハードウェアベースの対策は、主にキャッシュパーティショニング、ランダム化、キャッシュラインのフラッシングに重点を置いている。
本稿では、キャッシュミスではなくキャッシュヒットを常に達成し、L1データキャッシュに対する競合ベースのキャッシュタイミング攻撃を緩和する、新しいハードウェア・ソフトウェアの共同設計であるBackCacheを提案する。
BackCacheは、解放されたキャッシュラインをL1データキャッシュから完全に連想的なバックアップキャッシュに配置して、排除を隠蔽する。
BackCacheのセキュリティを改善するために,ランダムに使用される代用ポリシー(RURP)と動的バックアップキャッシュリサイズ機構を導入する。
BackCacheの有効性を示すための理論的セキュリティ分析も提示する。
gem5シミュレータによる評価では,OSカーネル,シングルスレッド,マルチスレッドのベンチマークにおいて,BackCacheはパフォーマンスを1.33%,7.34%,7.59%低下させることができる。
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