論文の概要: Palermo: Improving the Performance of Oblivious Memory using Protocol-Hardware Co-Design

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.05400v1
• Date: Fri, 08 Nov 2024 08:31:12 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-11 14:53:17.742524
• Title: Palermo: Improving the Performance of Oblivious Memory using Protocol-Hardware Co-Design
• Title（参考訳）: Palermo:Protocol-Hardware共同設計によるオープンメモリの性能向上
• Authors: Haojie Ye, Yuchen Xia, Yuhan Chen, Kuan-Yu Chen, Yichao Yuan, Shuwen Deng, Baris Kasikci, Trevor Mudge, Nishil Talati,
• Abstract要約: ORAM(Oblivious RAM)はメモリアクセスパターンを隠蔽し、攻撃者が機密情報を発見できないようにしてデータのプライバシを高める。 ORAMの性能は、セキュリティと効率のトレードオフによって制限されることが多い。 本稿では,ORAMの性能向上のためのプロトコルとハードウェアの共同設計であるPalermoについて述べる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 13.353250150074066
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• Abstract: Oblivious RAM (ORAM) hides the memory access patterns, enhancing data privacy by preventing attackers from discovering sensitive information based on the sequence of memory accesses. The performance of ORAM is often limited by its inherent trade-off between security and efficiency, as concealing memory access patterns imposes significant computational and memory overhead. While prior works focus on improving the ORAM performance by prefetching and eliminating ORAM requests, we find that their performance is very sensitive to workload locality behavior and incurs additional management overhead caused by the ORAM stash pressure. This paper presents Palermo: a protocol-hardware co-design to improve ORAM performance. The key observation in Palermo is that classical ORAM protocols enforce restrictive dependencies between memory operations that result in low memory bandwidth utilization. Palermo introduces a new protocol that overlaps large portions of memory operations, within a single and between multiple ORAM requests, without breaking correctness and security guarantees. Subsequently, we propose an ORAM controller architecture that executes the proposed protocol to service ORAM requests. The hardware is responsible for concurrently issuing memory requests as well as imposing the necessary dependencies to ensure a consistent view of the ORAM tree across requests. Using a rich workload mix, we demonstrate that Palermo outperforms the RingORAM baseline by 2.8x, on average, incurring a negligible area overhead of 5.78mm^2 (less than 2% in 12th generation Intel CPU after technology scaling) and 2.14W without sacrificing security. We further show that Palermo also outperforms the state-of-the-art works PageORAM, PrORAM, and IR-ORAM.
• Abstract（参考訳）: ORAM(Oblivious RAM)はメモリアクセスパターンを隠蔽し、攻撃者がメモリアクセスのシーケンスに基づいて機密情報を発見するのを防ぐことにより、データのプライバシを高める。 ORAMの性能は、セキュリティと効率のトレードオフによって制限されることが多い。 従来の作業では,ORAM要求のプリフェッチと削除によるORAM性能向上に重点を置いていたが,作業負荷の局所性に非常に敏感であり,ORAMスタッシュプレッシャによる追加管理オーバーヘッドが生じることが判明した。 本稿では,ORAMの性能向上のためのプロトコルハードウェアの共同設計であるPalermoについて述べる。 パレルモにおける重要な観測は、古典的なORAMプロトコルがメモリ操作間の制限的依存関係を強制し、メモリ帯域幅の消費が低くなることである。 Palermoは、単一のORAMリクエストと複数のORAMリクエストの間に、メモリ操作の大部分を重複させる新しいプロトコルを導入した。 次に,ORAM要求を処理するためのプロトコルを実行するORAMコントローラアーキテクチャを提案する。 ハードウェアは、メモリ要求を同時に発行すると同時に、リクエスト間のORAMツリーの一貫性を保証するために必要な依存関係を付与する責任がある。 リッチなワークロードミックスを用いて、PalermoはRingORAMベースラインを平均2.8倍上回り、セキュリティを犠牲にすることなく5.78mm^2(技術スケーリング後の第12世代のIntel CPUの2%未満)と2.14Wという無視可能な領域オーバーヘッドを発生させることを示した。 さらに,PalermoはPageORAM,PrORAM,IR-ORAMといった最先端技術よりも優れていることを示す。

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