4、现代CPU系统机制、侧信道攻击及Windows防护策略

现代CPU系统机制、侧信道攻击及Windows防护策略

1. 引言

在现代计算机系统中，CPU的运行机制和性能优化带来了显著的提升，但同时也引入了一些安全风险。本文将深入探讨CPU的缓存机制、侧信道攻击的原理以及Windows系统针对这些攻击所采取的缓解措施。

2. CPU缓存机制

2.1 缓存概述

CPU缓存是一种高速内存，用于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）进行传输，这些块被称为缓存行或缓存块。当一个缓存行从内存复制到缓存时，会创建一个缓存条目，其中包括复制的数据以及一个标识请求内存位置的标签。

2.2 缓存访问流程

当CPU读取或写入内存中的某个位置时，它首先会检查缓存中是否有对应的条目。如果处理器发现该内存位置的内容在缓存中，就会发生缓存命中，处理器会立即从缓存行中读取或写入数据。否则，会发生缓存未命中，此时CPU会在缓存中分配一个新条目，并在访问数据之前从主内存复制数据。

下面是一个示例的48位单向CPU缓存：

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中，该块被完全填充，但请求的数据位于偏移量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。标签（0x19F56）唯一标识了数据存储在主内存中的物理地址。