事务内存机制在系统安全中的应用:现状与展望

论文摘要

为了提高并行程序中共享内存数据的读写访问性能,事务内存机制于1993年被提出。因为事务内存机制直接涉及内存数据的读写控制,所以也得到了系统安全研究人员的极大关注。2013年,Intel公司开始支持TSX(TransactionalSynchronization eXtension)特性,第一次在广泛使用的计算机硬件中支持事务内存机制。利用事务内存机制的内存访问跟踪、内存访问信号触发和内存操作回滚,以及Intel TSX特性的用户态事务回滚处理、在Cache中执行所有操作和硬件实现高效率,研究人员完成了各种的系统安全研究成果,包括:授权策略实施、虚拟机自省、密钥安全、控制流完整性、错误恢复和侧信道攻防等。本文先介绍了各种基于事务内存机制的研究成果;然后分析了现有各种系统安全研究成果与事务内存机制特性之间的关系,主要涉及了3个角度:内存访问的控制、事务回滚处理、和在Cache中执行所有操作。我们将已有的研究成果的技术方案从3个角度进行分解,与原有的、不基于事务内存机制的解决方案比较,解释了引入事务内存机制带来的技术优势。最后,我们总结展望了将来的研究,包括:硬件事务内存机制的实现改进,事务内存机制(尤其是硬件事务内存机制)在系统安全研究中的应用潜力。

论文目录

• 1 简介
• 2 事务内存机制及其实现
•   2.1 事务内存机制
•   2.2 Intel TSX特性
•   2.3 其他事务内存机制实现
• 3 基于事务内存机制的系统安全研究现状
•   3.1 利用硬件锁机制实现控制流完整性
•   3.2 利用事务内存机制的内存控制实现内存数据安全
•   3.3 利用事务回滚处理的错误恢复
•   3.4 利用Intel TSX特性异常处理的应用层隔离
•   3.5 利用Intel TSX特性Cache使用的侧信道攻击和防御
• 4 事务内存机制的特性分析与系统安全研究展望
•   4.1 事务内存机制与系统安全方案的关系
•   4.2 讨论与展望
• 5 总结

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 李从午,林璟锵,蔡权伟,罗勃

关键词: 系统安全,事务内存,网络空间安全

来源: 信息安全学报 2019年06期

年度: 2019

分类: 信息科技

专业: 计算机软件及计算机应用

单位: 中国科学院信息工程研究所信息安全国家重点实验室,中国科学院数据与通信保护研究教育中心,中国科学院大学网络空间安全学院,堪萨斯大学电子工程与计算机科学系

基金: 自然科学基金“通用计算平台的密钥保护技术研究”(No.61772518),国家重点研发计划网络空间安全重点专项“基于国产密码算法的移动互联网密码服务支撑基础设施关键技术”(No.2017YFB0802100)资助

分类号: TP309

DOI: 10.19363/J.cnki.cn10-1380/tn.2019.11.04

页码: 45-55

总页数: 11

文件大小: 732K

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