【InForSec2023 年会论坛回顾】王帅:软件侧信道漏洞检测
2023-5-12 17:50:18 Author: 网安国际(查看原文) 阅读量:23 收藏

2023年4月8日~9日,由InForSec、南方科技大学斯发基斯可信自主系统研究院、清华大学网络科学与网络空间研究院、复旦大学软件学院系统软件与安全实验室、国科学院计算技术研究所处理器芯片全国重点实验室、中国科学院软件研究所可信计算与信息保障实验室、中国科学院大学国家计算机网络入侵防范中心、浙江大学NESA Lab、山东大学网络空间安全学院、百度安全、奇安信集团、蚂蚁集团、阿里安全等单位联合主办的“InForSec 2023年网络空间安全国际学术研究成果分享及青年学者论坛”在南方科技大学成功召开。来自清华大学、复旦大学、浙江大学、北京邮电大学、中国科学院大学等66所高校及科研院所的230余人现场出席会议,900余人通过视频会议系统及直播系统参与了本次论坛。

我们将对会议精彩报告进行内容回顾,本文分享的是香港科技大学助理教授王帅的报告——《软件侧信道漏洞检测》。

王帅老师首先向大家介绍了什么是侧信道攻击。随着各种安全防御技术的提升,在很多情况下攻击者并无法直接的与被攻击软件进行交互,信道攻击就是在这类场景中的主流攻击方法,简而言之,信道攻击时通过观察现实中的物理信息的变化,从一定程度上推测出目标程序的一些机密信息。

为了帮助大家更具体的理解信道攻击,王老师向大家介绍了一个经典的基于时间的信道攻击,如下图的抽象代码所示,当k为1时,进入一个执行比较慢的分支,其他值时则进入一个执行比较快的分支,那么通过观察程序的执行时间时可以推测出k的值是否为1。这个例子看起来很简单,但这种方法可以非常有效的用于攻击RSA加密算法。

不过,王老师指出这种基于程序分支的攻击局限性越来越大,很多开发者已经有意的避免将一些机密信息写在条件检查中,因此,王老师又向大家介绍了更加巧妙的基于缓存的信道攻击,其核心思想在于从缓存中读取数据的速度要快于从内存中读取数据,可以说基于缓存的信道攻击是目前最流行和最严峻的信道攻击,比如著名的CPU spectre和meltdown漏洞也使用了基于缓存的信道攻击,在这种攻击模型下,攻击者拥有和受害者访问相同缓存的能力,从而可以实现监测到被攻击程序执行过程中如何访问了哪些缓存线。

在介绍完信道攻击相关的一些背景知识后,王老师对信道攻击的研究进行了总结。王老师认为软件信道漏洞可以分为三个关键步骤,首先是软件的机密信息能够影响程序行为,其次是程序行为影响了物理世界的状态,最后被影响的物理世界的状态能够被攻击者利用去恢复机密信息。目前主要的软件信道漏洞检测的研究都关注于第一点和第二点,在前两点同时满足的情况下,足以证明一个信道漏洞的存在,而第三点的研究仍然是比较困难的。接下来,王老师对前两点相关的研究进展和挑战进行了分类介绍。

第一个挑战是可扩展性问题,王老师介绍了目前最主流的基于约束求解的信道密钥信息泄漏,它的主要思想是对密钥相关的程序行为进行形式化的表征,然后再进行约束求解,如果可解,则代表能够得到攻击结果,这种方法是比较直观的,但是存在一个很大的问题就是速度问题,实际执行起来会非常的慢。

针对速度过慢的问题,王老师介绍了几篇相关的研究工作,首先是王老师博士期间完成了两篇相关的研究,主要目标就是加速模拟程序与密钥相关的行为。这两篇工作名为CacheD和CacheS,分别从动态和静态的角度进行分析,前者使用染色分析+符号执行做到了较高精度和速度的侧信道漏洞检测,后者使用染色分析+抽象解释(abstract interpretation)做到了较高精度和速度的侧信道漏洞检测。

然后是和新加坡南洋理工 Prof. Zhang Tianwei 老师团队合作的工作,使用类型系统(refinement type systems)做到了较高精度且高速的侧信道漏洞检测。

此外,还有和南方科技大学张殷乾老师合作的CipherH,使用动态静态混合分析做到了较高精度且高速的密文信道检测。

针对不同信道的建模问题,王老师介绍了和南方科技大学张殷乾老师最新合作的,使用符号执行和约束求解技术在可信计算环境(TEE)里面寻找新的信道漏洞。

定量分析方向,王老师使用互信息熵相关技术去定量估计程序信息泄漏,可以更精确的估计程序各个信息泄漏点的危害程度。

在新型数据处理方面,王老师介绍了在人工智能应用场景的信道攻击研究。

最后,王老师分享了自己对于软件信道漏洞未来研究方向的一些看法。

演讲者简介

王帅博士现任职于香港科技大学计算机系,曾就读于北京大学、宾夕法尼亚州立大学和苏黎世联邦理工,从事计算机安全和软件工程方向的研究。他最近的研究领域涵盖侧信道分析、逆向工程、供应链安全、人工智能安全和隐私增强技术等。他长期担任CCF-A类计算机安全和软件工程会议的程序委员,他的研究长期获得香港研究资助局等的资助。


文章来源: http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA4ODYzMjU0NQ==&mid=2652313170&idx=1&sn=24321d16a88641c8a6f501418e74a6e9&chksm=8bc48bdcbcb302caf2549fd94e734e3f7027250d54211151bada0826382c59724ed8ae2f613d#rd
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