論文の概要: Providing High-Performance Execution with a Sequential Contract for Cryptographic Programs

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.04290v1
• Date: Thu, 6 Jun 2024 17:34:48 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-06-07 13:40:27.598964
• Title: Providing High-Performance Execution with a Sequential Contract for Cryptographic Programs
• Title（参考訳）: 暗号プログラムの逐次契約による高性能実行の提案
• Authors: Ali Hajiabadi, Trevor E. Carlson,
• Abstract要約: 定時プログラミングは、サイドチャネル攻撃に対する暗号プログラムを強化するための広くデプロイされたアプローチである。 現代のプロセッサは、プログラムの意図しないパスを投機的に実行することで、定数時間ポリシーの基本的な前提に違反している。 我々は,投機的制御フローに基づく攻撃に対して,一定時間暗号コードを保護するための新しいハードウェア・ソフトウェア機構であるCassandraを提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.34371579019566
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Constant-time programming is a widely deployed approach to harden cryptographic programs against side channel attacks. However, modern processors violate the underlying assumptions of constant-time policies by speculatively executing unintended paths of the program. In this work, we propose Cassandra, a novel hardware-software mechanism to protect constant-time cryptographic code against speculative control flow based attacks. Cassandra explores the radical design point of disabling the branch predictor and recording-and-replaying sequential control flow of the program. Two key insights that enable our design are that (1) the sequential control flow of a constant-time program is constant over different runs, and (2) cryptographic programs are highly looped and their control flow patterns repeat in a highly compressible way. These insights allow us to perform an offline branch analysis that significantly compresses control flow traces. We add a small component to a typical processor design, the Branch Trace Unit, to store compressed traces and determine fetch redirections according to the sequential model of the program. Moreover, we provide a formal security analysis and prove that our methodology adheres to a strong security contract by design. Despite providing a higher security guarantee, Cassandra counter-intuitively improves performance by 1.77% by eliminating branch misprediction penalties.
• Abstract（参考訳）: 定時プログラミングは、サイドチャネル攻撃に対する暗号プログラムを強化するための広くデプロイされたアプローチである。 しかし、現代のプロセッサは、プログラムの意図しないパスを投機的に実行することで、定数時間ポリシーの基本的な前提に反する。 本研究では,投機的制御フローに基づく攻撃に対して,一定時間暗号コードを保護するための新しいハードウェア・ソフトウェア機構であるCassandraを提案する。 Cassandraは、分岐予測器を無効にし、プログラムのシーケンシャルな制御フローを記録再生する急進的な設計点を探っている。 この設計を可能にする2つの重要な洞察は、(1)一定時間プログラムの逐次制御フローは異なる実行時間で一定であり、(2)暗号プログラムは高ループであり、制御フローパターンは高度に圧縮可能な方法で繰り返されるということである。 これらの知見により、制御フロートレースを著しく圧縮するオフライン分岐解析を行うことができる。 典型的なプロセッサ設計であるブランチトレースユニットに小さなコンポーネントを追加し、圧縮されたトレースを格納し、プログラムのシーケンシャルモデルに従ってフェッチリダイレクトを決定する。 さらに、我々は正式なセキュリティ分析を行い、我々の方法論が設計による強力なセキュリティ契約に準拠していることを証明する。 セキュリティの保証は高いが、Cassandraはブランチの誤認を排除し、パフォーマンスを1.77%改善する。

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