4、系统机制：CPU缓存、侧信道攻击与Windows防护

系统机制：CPU缓存、侧信道攻击与Windows防护

1. 推测执行与CPU缓存

1.1 推测执行的影响

推测执行虽然在CPU周期浪费上不比顺序执行等待分支条件或间接地址评估结果更差，但会带来不同的副作用，例如CPU缓存行污染。这些副作用可能被攻击者利用，危及系统整体安全。

1.2 CPU缓存的工作原理

CPU缓存是一种快速内存，可减少数据或指令的获取和存储时间。数据在内存和缓存之间以固定大小的块（通常为64或128字节）传输，这些块称为行或缓存块。当缓存行从内存复制到缓存时，会创建一个缓存条目，其中包含复制的数据以及标识请求内存位置的标签。

与分支目标预测器不同，缓存始终通过物理地址进行索引。从缓存的角度来看，物理地址被拆分为不同部分，高位通常表示标签，低位表示缓存行和行内偏移。

当CPU读取或写入内存位置时，它首先检查缓存中是否有相应的条目。如果处理器发现该位置的内存内容在缓存中，则发生缓存命中，处理器立即从缓存行中读取或写入数据；否则，发生缓存未命中，CPU会在缓存中分配一个新条目，并在访问之前从主内存复制数据。

以下是一个48位单向CPU缓存的示例：

在这个示例中，CPU正在读取位于虚拟地址0x19F566030的48字节数据。内存内容最初从主内存读取到缓存块0x60，该块被完全填充，但请求的数据位于偏移0x30处。示例缓存有256个256字节的块，因此多个物理地址可以填充块编号0x60