論文の概要: Cassandra: Efficient Enforcement of Sequential Execution for Cryptographic Programs (Extended Version)

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2406.04290v2
• Date: Tue, 20 May 2025 15:22:28 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-05-21 14:49:51.065065
• Title: Cassandra: Efficient Enforcement of Sequential Execution for Cryptographic Programs (Extended Version)
• Title（参考訳）: Cassandra: 暗号プログラムのシークエンシャル実行の効率的な実施(拡張バージョン)
• 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過渡的に実行することで、標準の定時ポリシーの前提に反することが多い。 我々は,一定時間暗号コードのシーケンシャル実行を強制する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 often violate the underlying assumptions of standard constant-time policies by transiently executing unintended paths of the program. Despite many solutions proposed, addressing control flow misspeculations in an efficient way without losing performance is an open problem. In this work, we propose Cassandra, a novel hardware/software mechanism to enforce sequential execution for constant-time cryptographic code in a highly efficient manner. 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 mostly static over different runs, and (2) cryptographic programs are loop-intensive and their control flow patterns repeat in a highly compressible way. These insights allow us to perform an upfront 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. Despite providing a strong security guarantee, Cassandra counterintuitively provides an average 1.85% speedup compared to an unsafe baseline processor, mainly due to enforcing near-perfect fetch redirections.
• 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過渡的に実行することで、標準時ポリシーの基本的な前提に反することが多い。 多くの解決策が提案されているにも拘わらず、性能を損なうことなく効率的な制御フローの誤定義に対処することは、オープンな問題である。 本研究では,一定時間暗号コードのシーケンシャル実行を高い効率で実施する,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。 我々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、主に異なる実行時間で静的であり、(2) 暗号プログラムはループ集約であり、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事前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。 強力なセキュリティ保証を提供するが、Cassandraは、安全でないベースラインプロセッサと比較して平均1.85%のスピードアップを提供する。

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