23、并发缓存攻击下的泄漏弹性及相关技术研究

并发缓存攻击下的泄漏弹性及相关技术研究

在当今的计算环境中，硬件资源的共享是实现并发处理的基础，但这也引入了安全隐患。硬件资源在不同主体间的共享会产生侧信道，这些侧信道可能会破坏进程和虚拟机之间的隔离，导致密码密钥和用户隐私信息的泄露。本文围绕并发缓存攻击下的泄漏弹性密码系统展开研究，旨在解决相关的安全问题。

研究背景与挑战

硬件资源共享在处理器、操作系统和云计算中广泛存在，然而，这也使得侧信道攻击成为可能。常见的侧信道攻击目标包括恢复密码密钥和获取用户的私人信息，而被利用的共享资源有处理器缓存、分支预测单元和主内存等。

现有的泄漏弹性密码系统主要关注物理特征（如功耗或电磁辐射）的泄漏建模，对于现代计算平台中其他形式的泄漏，特别是通过缓存的泄漏，研究相对较少。本文致力于为并发和缓存环境下的泄漏弹性密码系统的软件实现提供安全证明，主要面临以下两个技术挑战：
1. 提出新的泄漏概念 ：针对并发访问型对手，提出一种新的泄漏概念。该概念允许对手在每个时间片选择初始缓存状态并观察最终缓存状态。将此概念应用于伪随机生成器，提出新的安全定义，允许对手自由交错请求查询（泄露密钥信息）和测试查询（根据秘密位输出真实或随机输出）。
2. 开发程序分析技术 ：提出一种新的程序分析技术，用于静态推导并发访问型对手可应用于密码状态的所有泄漏函数的范围上限。该技术基于一个算法，能高效维护并发缓存对手可进行的观察集合的超集的紧凑表示，并将其作为抽象域集成到 CacheAudit 框架中。

新泄漏概念及证明

• 新泄漏概念 ：