软件学报

作者：杨帆，张倩颖，施智平，关永

单位：杨帆，首都师范大学 信息工程学院, 北京 10004811,张倩颖，首都师范大学 信息工程学院, 北京 100048;高可靠嵌入式系统北京市工程研究中心(首都师范大学), 北京 100048;计算机体系结构国家重点实验室(中国科学院 计算技术研究所), 北京 10019002,施智平，首都师范大学 信息工程学院, 北京 100048;电子系统可靠性技术北京市重点实验室(首都师范大学), 北京 10004803,关永，首都师范大学 信息工程学院, 北京 100048;北京成像理论与技术高精尖创新中心(首都师范大学), 北京 10004804

关键词：可信执行环境(TEE);隔离架构;ARM TrustZone;Intel SGX;AMD SEV;软件侧信道攻击

基金：国家自然科学基金(61802375, 61602325, 61876111, 61877040); 北京市教委科技计划一般项目(KM201910028005); 中国科学院计算技术研究所计算机体系结构国家重点实验室开放课题(CARCH201920); 交叉科学研究院项目(19530012005)

为保护计算设备中安全敏感程序运行环境的安全, 研究人员提出了可信执行环境(TEE)技术, 通过对硬件和软件进行隔离为安全敏感程序提供一个与通用计算环境隔离的安全运行环境. 侧信道攻击从传统的需要昂贵设备发展到现在仅基于微体系结构状态就能通过软件方式获取机密信息的访问模式, 从而进一步推测出机密信息. TEE架构仅提供隔离机制, 无法抵抗这类新出现的软件侧信道攻击. 深入调研了ARM TrustZone、Intel SGX和AMD SEV这3种TEE架构的软件侧信道攻击及相应防御措施, 并探讨其攻击和防御机制的发展趋势. 首先, 介绍了ARM TrustZone、Intel SGX和AMD SEV的基本原理, 并详细阐述了软件侧信道攻击的定义以及缓存侧信道攻击的分类、方法和步骤; 之后从处理器指令执行的角度, 提出一种TEE攻击面分类方法, 利用该方法对TEE软件侧信道攻击进行分类, 并阐述了软件侧信道攻击与其他攻击相结合的组合攻击; 然后详细讨论TEE软件侧信道攻击的威胁模型; 最后全面总结业界对TEE软件侧信道攻击的防御措施, 并从攻击和防御两方面探讨TEE软件侧信道攻击未来的研究趋势.

来源：2023年第1期

《软件学报》期刊编辑部

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