26、抵御硬件时序信息泄露：架构与策略解析

抵御硬件时序信息泄露：架构与策略解析

1. 软硬件安全困境与ISA的角色

在处理硬件安全问题时，纯软件和纯硬件的解决方案都存在一定的局限性。纯软件方案无需考虑硬件端的安全问题，但应用约束缺乏灵活性，会损害性能；而纯软件解决方案则要求应用对微架构有深入了解，以抵御硬件端的攻击，这又会影响其可移植性。

ISA（指令集架构）作为软硬件之间的接口，为软件创建了硬件的抽象。目前，为了安全目的对架构进行修改主要有两种策略：
- 功能方法 ：打破ISA的抽象角色，让软件更好地管理微架构。但这类工作存在概念上的弱点，它们将时序问题视为微架构设计问题，而实际上问题在于ISA在安全概念上的语义有限。
- 抽象方法 ：通过ISA接口引导硬件进行资源管理。例如MI6添加新的清除指令，DAWG为软件提供新的寄存器来参数化安全域，ConTExT为每个页表项添加专用位。

然而，这些解决方案只是针对特定的共享资源，没有从整体上解决问题。我们更倾向于软件与硬件之间的正式契约，让ISA允许软件将其安全属性传达给硬件。

2. 共享资源的安全设计准则

共享资源的设计需要考虑安全约束，以避免时序泄漏。下面为您详细介绍相关的定义、目标和设计准则。

2.1 定义与目标

• 共享资源 ：可分配给不同用户的状态或元素。
• 时间共享资源 ：多个用户可在不同时间请求的资源。
• 空间共享资源