处理器时间侧信道攻防技术综述

现代处理器优化机制众多,设计人员在追求性能提升时,往往忽略背后的安全风险。时间侧信道攻击因其影响面广且隐蔽性好已成为最主要的安全威胁之一。随着瞬态执行攻击的出现,时间侧信道攻击的能力被进一步扩展,计算系统的安全基础被动摇。为此,处理器厂商及安全人员提出了大量防御机制。这些机制具有不同的防护能力及性能开销。与此同时,新的瞬态执行漏洞和隐蔽信道也不断被发现,已提出的防御机制被不断突破。围绕处理器时间侧信道攻防技术的博弈日益激烈。本文从基本攻击原理出发,对现有时间侧信道攻击进行了归纳总结,并在此基础上进一步分析了相关防御机制的保护能力和性能瓶颈,从而梳理出时间侧信道攻防技术的发展趋势,为未来软硬件系统开发和安全技术探索提供参考。

GreyFan:一种Wi-Fi隐蔽信道攻击框架

针对现实网络中诸如侧信道攻击、HID攻击等传统的物理攻击,物理隔离被认为是一种较为彻底的抵御网络攻击的安全防护手段。2018年,业界首次提出了一种物理隔离环境下的Wi-Fi隐蔽信道方法——Ghost Tunnel,即在Wi-Fi尚未连接的状态下,无线AP可成功将数据传给发起连接请求的计算机。提出了一种基于Ghost Tunnel方法的攻击框架——GreyFan,利用该攻击框架攻击者可以对未连接Wi-Fi的用户实施无感知攻击,如文件隐蔽传输、任意代码执行等,并分析了相应的防御技术。

一种面向N变体系统的时延隐蔽信道攻击及其对策研究

N变体系统具有高可靠性和高安全性的特点,能够有效防御多种安全风险,现已广泛应用于金融、医疗、军事和网络空间等多个具有高安全性需求的领域。但是N变体系统特有的裁决机制为实施时延隐蔽信道攻击提供了潜在的实现途径。针对这种潜在的安全威胁,本文首先分析了一种面向N变体系统的时延隐蔽信道攻击方法,该攻击方法以信息论为基础,利用N变体系统响应时延的差异特征来泄露系统信息。进而,推导出了攻击者使用响应时延样本均值和样本方差作为特征统计量时的检出率公式。然后针对该时延隐蔽信道攻击方法,从减少攻击者利用响应时延差异特征的角度上提出随机加扰策略、自适应加扰策略和先到先裁决策略三种防御策略,随机加扰策略通过引入延迟使响应时延具有相同的统计特征,自适应加扰策略通过动态调整裁决策略以平衡系统运行效率,先到先裁决策略通过优化裁决算法以减少攻击者利用时延差异特征来泄露系统信息,同时提升一定的系统性能。最后,开发了基于Nginx的原型系统并进行了广泛的实验,实验部分证明了该时延隐蔽信道攻击对N变体系统的安全威胁,同时验证了三种防御策略的可行性与有效性,性能对比测试结果表明先到先裁决策略相较于原裁决策略降低了10%的系统响应时延,吞吐量提升了18%, CPU利用率提升了3%。

云环境下基于内存总线的侧信道攻击检测方法

云计算环境下存在基于内存总线阻塞的侧信道,恶意用户可利用该侧信道以最低权限窃取客户敏感信息.针对这一问题,本文引入时序差分熵和虚拟机自省技术,提出了一种面向云计算的基于内存总线的侧信道攻击检测方法.该方法不仅可依据内存阻塞时序特征及系统负载状况对系统状态分类,而且实现了系统高危态的精确判定和恶意进程定位.实验结果表明:该方法能准确识别攻击的存在性,并能实现恶意进程的定位.