論文の概要: Okapi: A Lightweight Architecture for Secure Speculation Exploiting Locality of Memory Accesses
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2312.08156v1
- Date: Wed, 13 Dec 2023 14:10:12 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-03-18 12:17:07.913977
- Title: Okapi: A Lightweight Architecture for Secure Speculation Exploiting Locality of Memory Accesses
- Title（参考訳）: OKpi: メモリアクセスのローカリティを爆発させるセキュアな推測のための軽量アーキテクチャ
- Authors: Philipp Schmitz, Tobias Jauch, Alex Wezel, Mohammad R. Fadiheh, Thore Tiemann, Jonah Heller, Thomas Eisenbarth, Dominik Stoffel, Wolfgang Kunz,
- Abstract要約: Okapiは、Transient Execution Side Channel (TES)攻撃を軽減するために設計された、革新的なハードウェア/ソフトウェアクロスレイヤーアーキテクチャである。
コアとなるのは、ターゲットとするメモリ領域がすでに非投機的にアクセスされている場合、投機的なデータアクセスを可能にすることだ。
Okapiは、最先端のプロセッサ設計における安全な推測のために、高度にスケーラブルで適応可能なソリューションを提供する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.365587458495358
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: This paper introduces Okapi, an innovative hardware/software cross-layer architecture designed to mitigate Transient Execution Side Channel (TES) attacks, including Spectre variants, in modern computing systems. A key contribution of Okapi is a set of security features building upon each other to offer various trade-offs between performance and security. At its core, Okapi allows for speculative data accesses if the targeted memory region has already been accessed non-speculatively before in the same trust domain. It delays first-time accesses until the speculation is resolved. Okapi stands out for its flexibility in security implementation. For environments with less stringent security needs, Okapi's features can be deactivated to eliminate performance overhead. When activated, the hardware modifications alone provide robust protection against transient execution attacks at a thread-level granularity, including all universal read gadgets like Spectre-PHT and Spectre-BTB. This incurs an average performance overhead of only 3.6 % for the SPEC CPU2017 benchmark suite. On top, Okapi introduces the OkapiReset instruction for additional software-level security support. This instruction, which can be manually inserted by developers or automatically via a compiler extension, allows for fully secure speculation and for trust domain sizes smaller than a thread. While the manual insertion of OkapiReset incurs an additional 0.6 % performance overhead, the automated compiler extension approach results in a 23.1 % overhead for making a cryptographic library fully secure. With an approximate 0.4 % hardware overhead, Okapi provides a highly scalable and adaptable solution for secure speculation in state-of-the-art processor design.
- Abstract（参考訳）: 本稿では,現代のコンピューティングシステムにおいて,過渡的実行側チャネル(TES)攻撃を緩和するために設計された,ハードウェア/ソフトウェアクロスレイヤアーキテクチャであるOkapiを紹介する。
OKpiの重要なコントリビューションは、パフォーマンスとセキュリティのトレードオフを提供するために、相互に構築されたセキュリティ機能である。
コアとなるOkapiは、ターゲットのメモリ領域が、同じ信頼ドメインで以前に非投機的にアクセスされていた場合、投機的なデータアクセスを可能にする。
憶測が解決するまで、最初のアクセスを遅らせる。
Okapiは、セキュリティ実装の柔軟性で際立っている。
厳しいセキュリティニーズの少ない環境では、パフォーマンスのオーバーヘッドをなくすためにOkapiの機能を無効にすることができる。
アクティベートされると、ハードウェアの変更だけで、Spectre-PHTやSpectre-BTBといった一般的な読み出しガジェットを含む、スレッドレベルの粒度の過度な実行攻撃に対して堅牢な保護を提供する。
これによりSPEC CPU2017ベンチマークスイートでは平均的なパフォーマンスオーバーヘッドは3.6パーセントに過ぎなかった。
さらにOkapiは、ソフトウェアレベルのセキュリティサポートを追加するために、OkapiReset命令を導入している。
この命令は、開発者が手動で挿入したり、コンパイラ拡張を通じて自動的に行うことができ、完全にセキュアな推測とスレッドよりも小さな信頼ドメインサイズを可能にします。
OKpiResetを手動で挿入するとパフォーマンスのオーバーヘッドが0.6%増えるが、自動コンパイラ拡張アプローチは暗号化ライブラリを完全にセキュアにする上で23.1%のオーバーヘッドをもたらす。
ハードウェアオーバーヘッドの約0.4%で、オカピは最先端のプロセッサ設計における安全な推測のために、高度にスケーラブルで適応可能なソリューションを提供する。
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