基于软硬协同的程序运行时安全保护机制

摘要：

内存篡改(Memory Corruption)是现代各类攻击的主要原因,通过修改内存中的数据,达到劫持控制流的目的.使用不安全语言暴露内存细节给开发者,导致很多的敏感数据可以任意被修改.现有的解决方案针对安全攻击主要包括两个方面,软件检查和硬件机制保护.基于软件检查的机制虽然灵活,但是存在严重的性能问题.基于硬件的方法可以大幅度解决性能问题,而且要比软件的方式安全性更高.因此提出了很多的硬件相关的保护机制.但现有的硬件机制大都仅仅针对单一的攻击,而且缺乏灵活性.在本文中,我们提出了一种软硬件结合的解决方案,通过对程序运行时敏感数据进行加密隐藏,在访问这些敏感数据时进行解密,然后做安全检查,判断敏感数据是否被修改.在硬件实现上,本文设计了安全的Load和Store类指令,以及硬件加密解密模块.同时在软件编译器上对此类安全指令支持,针对不同的使用场景提出了两种安全策略:全局约束策略和上下文执行约束策略.相比于前者,后者提供了更加严格的约束,可适用于安全度更高的程序保护.本文的安全机制能够抵御多种攻击向量,比如针对CFI类攻击,最近的DOP攻击,GOT表和虚函数表指针感染攻击等.还可以抵御缓冲区溢出类的攻击,支持信息隐藏等.通过SPEC2006的测试程序表明,本文提出的安全机制性能损耗仅仅为4.5％.

关键词：内存篡改、敏感数据、加解密、运行时保护

所属期刊栏目：46

分类号：TP393(计算技术、计算机技术)

在线出版日期：2023-02-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共22页

页码：180-201