Spatial Isolation against Logical Cache-based Side-Channel Attacks in Many-Core Architectures
Isolation physique contre les attaques logiques par canaux cachés basées sur le cache dans des architectures many-core
Résumé
The technological evolution and the always increasing application performance demand have made of many-core architectures the necessary new trend in processor design. These architectures are composed of a large number of processing resources (hundreds or more) providing massive parallelism and high performance. Indeed, many-core architectures allow a wide number of applications coming from different sources, with a different level of sensitivity and trust, to be executed in parallel sharing physical resources such as computation, memory and communication infrastructure. However, this resource sharing introduces important security vulnerabilities. In particular, sensitive applications sharing cache memory with potentially malicious applications are vulnerable to logical cache-based side-channel attacks. These attacks allow an unprivileged application to access sensitive information manipulated by other applications despite partitioning methods such as memory protection and virtualization. While a lot of efforts on countering these attacks on multi-core architectures have been done, these have not been designed for recently emerged many-core architectures and require to be evaluated, and/or revisited in order to be practical for these new technologies. In this thesis work, we propose to enhance the operating system services with security-aware application deployment and resource allocation mechanisms in order to protect sensitive applications against cached-based attacks. Different application deployment strategies allowing spatial isolation are proposed and compared in terms of several performance indicators. Our proposal is evaluated through virtual prototyping based on SystemC and Open Virtual Platforms(OVP) technology.
L’évolution technologique ainsi que l’augmentation incessante de la puissance de calcul requise par les applications font des architectures ”many-core” la nouvelle tendance dans la conception des processeurs. Ces architectures sont composées d’un grand nombre de ressources de calcul (des centaines ou davantage) ce qui offre du parallélisme massif et un niveau de performance très élevé. En effet, les architectures many-core permettent d’exécuter en parallèle un grand nombre d’applications, venant d’origines diverses et de niveaux de sensibilité et de confiance différents, tout en partageant des ressources physiques telles que des ressources de calcul, de mémoire et de communication. Cependant, ce partage de ressources introduit également des vulnérabilités importantes en termes de sécurité. En particulier, les applications sensibles partageant des mémoires cache avec d’autres applications, potentiellement malveillantes, sont vulnérables à des attaques logiques de type canaux cachés basées sur le cache. Ces attaques, permettent à des applications non privilégiées d’accéder à des informations secrètes sensibles appartenant à d’autres applications et cela malgré des méthodes de partitionnement existantes telles que la protection de la mémoire et la virtualisation. Alors que d’importants efforts ont été faits afin de développer des contremesures à ces attaques sur des architectures multicoeurs, ces solutions n’ont pas été originellement conçues pour des architectures many-core récemment apparues et nécessitent d’être évaluées et/ou revisitées afin d’être applicables et efficaces pour ces nouvelles technologies. Dans ce travail de thèse, nous proposons d’étendre les services du système d’exploitation avec des mécanismes de déploiement d’applications et d’allocation de ressources afin de protéger les applications s’exécutant sur des architectures many-core contre les attaques logiques basées sur le cache. Plusieurs stratégies de déploiement sont proposées et comparées à travers différents indicateurs de performance. Ces contributions ont été implémentées et évaluées par prototypage virtuel basé sur SystemC et sur la technologie ”Open Virtual Platforms” (OVP).
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