27、模块化防御的自定义指令支持与处理器安全增强方案

模块化防御的自定义指令支持与处理器安全增强方案

1. 引言

软件安全面临着来自网络攻击和物理攻击的双重威胁。物理攻击对微控制器而言，可分为被动的侧信道分析攻击和主动的故障注入攻击；网络攻击则主要包括利用软件漏洞劫持控制流的攻击。保护软件免受这些攻击是一个极具挑战性的问题，传统的软件防护方法在应对故障注入攻击时效率较低，而现有的控制流完整性（CFI）保护方案也存在各种局限性。

2. 攻击类型与控制流完整性概述

• 攻击类型
  • 物理攻击 ：包括被动的侧信道分析攻击，攻击者通过观察设备的能量消耗、电磁辐射等泄露信息来获取敏感数据；以及主动的故障注入攻击，攻击者通过注入故障来改变程序的执行流程。
  • 网络攻击 ：主要分为“代码基”攻击和“数据基”攻击。“代码基”攻击如返回导向编程（ROP）攻击，攻击者通过破坏栈来调用预先选择的代码片段；“数据基”攻击则是利用数据污染来改变指针的指向，从而导致控制流被篡改。
• 控制流完整性（CFI） ：CFI 旨在防止控制流被劫持，其核心思想是在运行时验证程序的控制流是否符合预期。通常，程序的控制流可以用静态控制流图（CFG）来表示，该图可以在编译时确定。

3. CFI 实现方案对比

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方案类型	优点	缺点