Систематический анализ защищённых кэш-архитектур на основе рандомизации

Современные защищённые кэш-архитектуры направлены на снижение угрозы атак по побочным каналам за счёт рандомизации отображения адресов памяти на наборы кэша. По мере того как производители исследуют возможность внедрения таких кэшей, крайне важно понимать их фактический уровень безопасности. В данной работе существующие защищённые кэши на основе рандомизации сведены к обобщённой модели кэша. Затем мы проводим всесторонний анализ безопасности существующих решений, включая CEASER-S и SCATTERCACHE, сопоставляя их с экземплярами этой модели. Для рандомизированных кэшей мы адаптируем атаки на кэш с использованием нового метода PRIME+PRUNE+PROBE и оптимизируем его посредством пакетных обращений, бутстрэппинга и многоэтапного профилирования. Метод PRIME+PRUNE+PROBE формирует вероятностные, но надёжные множества вытеснения, делая возможными атаки, ранее считавшиеся вычислительно невыполнимыми. Мы также моделируем сквозную атаку, в ходе которой извлекаются секреты из уязвимой реализации AES. Наконец, исследование CEASER-S показывает, что криптографические слабости алгоритма рандомизации могут привести к полному подрыву безопасности. Проведённый систематический анализ обеспечивает более реалистичную и сопоставимую оценку уровней безопасности рандомизированных кэшей. Количественная оценка влияния параметров конструкции на уровень безопасности позволяет сделать важные выводы для дальнейших исследований защищённых кэш-архитектур.