論文の概要: Citadel: Real-World Hardware-Software Contracts for Secure Enclaves Through Microarchitectural Isolation and Controlled Speculation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2306.14882v4
• Date: Wed, 8 May 2024 18:07:03 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-05-10 18:29:02.107054
• Title: Citadel: Real-World Hardware-Software Contracts for Secure Enclaves Through Microarchitectural Isolation and Controlled Speculation
• Title（参考訳）: Citadel: マイクロアーキテクチャ分離と制御された推測によるセキュアなエンクレーブのための現実的なハードウェアソフトウェア契約
• Authors: Jules Drean, Miguel Gomez-Garcia, Fisher Jepsen, Thomas Bourgeat, Srinivas Devadas,
• Abstract要約: セキュアなエンクレーブのようなハードウェアアイソレーションプリミティブは、プログラムを保護することを目的としているが、一時的な実行攻撃には弱いままである。 本稿では,マイクロアーキテクチャの分離プリミティブと制御された投機機構をプロセッサに組み込むことを提唱する。 命令外プロセッサにおいて、エンクレーブと信頼できないOS間でメモリを安全に共有する2つのメカニズムを導入する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 8.414722884952525
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Hardware isolation primitives such as secure enclaves aim to protect sensitive programs, but remain vulnerable to transient execution attacks. Complete microarchitectural isolation is not a satisfactory defense mechanism as it leaves out public shared memory, critical for usability and application performance. Conversely, hardware-software co-designs for secure speculation can counter these attacks but are not yet practical, since they make assumptions on the speculation modes, the exposed microarchitectural state, and the software, which are all hard to support for the entire software stack. This paper advocates for processors to incorporate microarchitectural isolation primitives and mechanisms for controlled speculation, enabling different execution modes. These modes can restrict what is exposed to an attacker, effectively balancing performance and program-analysis complexity. We introduce two mechanisms to securely share memory between an enclave and an untrusted OS in an out-of-order processor. We show that our two modes are complementary, achieving speculative non-interference with a reasonable performance impact, while requiring minimal code annotation and simple program analysis doable by hand. Our prototype, Citadel, is a multicore processor running on an FPGA, booting untrusted Linux, and supporting comprehensive enclave capabilities, such as shared memory, and remote attestation. To our knowledge, Citadel is the first end-to-end enclave platform to run secure applications, such as cryptographic libraries or small private inference workloads, on a speculative out-of-order multicore processor while protecting against a significant class of side-channel attacks.
• Abstract（参考訳）: セキュアなエンクレーブのようなハードウェアアイソレーションプリミティブは、機密性の高いプログラムを保護することを目的としている。 完全なマイクロアーキテクチャ分離は、公開共有メモリを残して、ユーザビリティとアプリケーションパフォーマンスに不可欠な、十分な防御メカニズムではない。 逆に、セキュアな投機のためのハードウェアとソフトウェアの共同設計はこれらの攻撃に対抗できるが、投機モード、露出したマイクロアーキテクチャ状態、ソフトウェアスタック全体をサポートするのが難しいソフトウェアを前提にしているため、実用的ではない。 本稿では,マイクロアーキテクチャの分離プリミティブと制御された投機機構をプロセッサに組み込むことにより,異なる実行モードを実現することを提案する。 これらのモードは攻撃者に露出するものを制限することができ、パフォーマンスとプログラム分析の複雑さを効果的にバランスさせる。 命令外プロセッサにおいて、エンクレーブと信頼できないOS間でメモリを安全に共有する2つのメカニズムを導入する。 我々の2つのモードは相補的であり、手動で実行できる最小限のコードアノテーションと単純なプログラム分析を必要とする一方で、合理的なパフォーマンスへの影響で投機的非干渉を達成することを示しています。 我々のプロトタイプであるCitadelはFPGA上で動作するマルチコアプロセッサで、信頼できないLinuxをブートし、共有メモリやリモート認証などの包括的エンクレーブ機能をサポートしています。 我々の知る限り、Citadelは暗号ライブラリや小さなプライベート推論ワークロードといったセキュアなアプリケーションを、大規模なサイドチャネル攻撃から保護しながら、投機的なアウト・オブ・オーダーのマルチコアプロセッサ上で実行する、最初のエンドツーエンドのエンクレーブプラットフォームです。

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