CryptoPage : une architecture efficace combinant chiffrement,...

IntroductionCRYPTOPAGE

Resultats et performancesConclusion

CRYPTOPAGE : une architecture efficacecombinant chiffrement, integrite et protection

contre les fuites d’information

Guillaume DUC

ENST Bretagne

Journees des doctorants17/10/2006

G. DUC (ENST Bretagne) CRYPTOPAGE JD 17/10/2006 1 / 39



Plan de la presentation

1 Introduction

2 CRYPTOPAGE

ObjectifsProtection contre les fuites d’informationIntegrite memoireChiffrement

3 Resultats et performances

4 Conclusion




Plan

1 Introduction

2 CRYPTOPAGE



4 Conclusion




These

Sujet

Support materiel, logiciel et cryptographique pour uneexecution securisee de processus

Question

Pourquoi vouloir executer des processus (programmes) defacon securisee ?




Exemples de besoin

Grilles de calcul

Idee : executer des applications sur un grand nombred’ordinateurs distribues (les nœuds de la grille)

Nombreux projets grand public (Seti@home,Folding@home, etc.) et grand interet des entreprises etdes centres de recherche (GRID’5000)Mais problemes de securite possibles au niveau desnœuds :

Divulgation des algorithmes (IP)Divulgation des resultats (IP)Production de faux resultats




Exemples de besoin

Autres applications

Code mobile securise

Gestion des droits sur les œuvres numeriques (DRM)

Application en ligne (e-voting, e-banking, e-gaming, etc.)




These

Sujet


Question

Pourquoi une solution purement logicielle est-elle insuffisante ?




Exemple de solution logicielle

Grilles de calcul

Idee : le programme signe numeriquement ses resultatspour eviter l’injection de faux resultats dans l’applicationglobale

L’application emporte donc une cle secrete

Mais, la cle est en clair dans le code de l’application

Donc n’importe qui peut se faire passer pour l’applicationet produire de faux resultats

Necessite de mecanismes de securite au niveau materiel




These

Sujet


Necessite d’adaptation des logiciels

Utilisation intensive d’algorithmes et de protocolescryptographiques




These

Effectue

Premiere annee : ameliorations architecture, impacts surl’OS et sur les applications

Deuxieme annee : integrite memoire nouvellearchitecture materielle plus efficace

A venir

Troisieme annee : probleme du rejeu global, validation desschemas cryptographiques utilises





Plan

1 Introduction

2 CRYPTOPAGE



4 Conclusion





Objectifs

Concevoir une architecture garantissant deux proprietesaux processus securises :

Propriete de Confidentialite : un attaquant doit pouvoirobtenir le moins d’information possible sur le code ou lesdonnees d’un processusPropriete d’Integrite : bonne execution d’un processus nonalterable par attaque sauf denis de service

Execution des processus securises en parallele avecd’autres processus, securises ou non

Tout est sous controle total d’un attaquant (OS, memoire,etc.), excepte le processeur

Garder des performances raisonnables





Mecanismes

Trois mecanismes a mettre en place :Chiffrement memoireProtection de l’integrite memoireProtection contre les fuites d’information





Fuites d’information sur le bus d’adresse

Utilisation du chiffrement memoire par de nombreusesarchitectures securisees (CRYPTOPAGE, XOM, AEGIS, etc.)

Cependant, bus d’adresse non modifie (parfois chiffre)

Possibilite de voir les motifs d’acces memoire

Zhuang et al. : Identification possible de certainsalgorithmes utilises par l’application malgre le chiffrementdes instructions et des donnees

Violation de la propriete de confidentialite. . .

Infrastructure HIDE pour minimiser ces fuites





Fonctionnement sans HIDE

11

22

33

44

55

Memoire

Cache






11

22

33

44

55

Memoire

1

Cache

1






11

22

33

44

55

Memoire

1

2

Cache

1 2






11

22

33

44

55

Memoire

2

3

Cache

1 2 3






11

22

33

44

55

Memoire

3

1

Cache

1 2 3 1





Fonctionnement avec HIDE

11

22

33

44

55

Memoire

Cache

Hide buffer






11

22

33

44

55

Memoire

1 L

Cache

Hide buffer

1






11

22

33

44

55

Memoire

1 L

2 L

Cache

Hide buffer

1 2






11

22

33

44

55

Memoire

1 L

2 L

Cache345

Hide buffer

1 2






15

24

31

43

52

Memoire

1

2

Cache

Hide buffer

1 2






15

24

31

43

52

Memoire

2

3 L

Cache

Hide buffer

1 2 P 4






15

24

31

43

52

Memoire

3 L

1 L

Cache

Hide buffer

1 2 P 4 3





Le probleme : Attaques par rejeu

Peut etre le probleme le plus difficile a resoudre

Rejouer la valeur prise par une variable dans le passe

for(i = 0 ; i < TAILLE ; i++)

affiche(*p++) ;





Fonctionnement

Utilisation de valeurs d’authentification locales (MAC)

Protection des informations sur les pages memoire via unarbre de hachage (MERKLE)Avantages :

Verification des MAC tres rapideArbre de hachage beaucoup plus petit et verifications peufrequentes





Ecriture d’une ligne (ex. CBC-MAC)

Rc,p a

AESKm

H(0)a,c

C(0)a,c

AESKm

H(1)a,c

C(1)a,c

AESKm

H(2)a,c

H(2)a,c

CBC-MACLigne chiffree





Lecture d’une ligne (ex. CBC-MAC)

Rc,p a

AESKm

H(0)a,c

C(0)a,c

AESKm

H(1)a,c

C(1)a,c

AESKm

H(2)a,c

H(2)a,c

= Resultatd’integrite

CBC-MACLigne chiffree





Principes

Utilisation du mode compteur avec compteur choisialeatoirement a chaque permutation

Avantage : compteur disponible avant chaque accesmemoire et donc possibilite de calculer les informationsnecessaires au dechiffrement en parallele a l’accesmemoire





Ecriture d’une ligne

R′

c,p a 0

AESKe

PAD(0)a,c

L(0)a,c

C(0)a,c

R′

c,p a 1

AESKe

PAD(1)a,c

L(1)a,c

C(1)a,c H(2)

a,cLigne chiffree

Mode compteur

Ligne





Lecture d’une ligne

R′

c,p a 0

AESKe

PAD(0)a,c

L(0)a,c

C(0)a,c

R′

c,p a 1

AESKe

PAD(1)a,c

L(1)a,c

C(1)a,c H(2)

a,cLigne chiffree

Mode compteur

Ligne dechiffree




Plan

1 Introduction

2 CRYPTOPAGE



4 Conclusion




Simulations

Modification du simulateur de micro-architectureSimpleScalar pour simuler CRYPTOPAGE

Utilisation des programmes etalons SPEC2000intexecutes par SimpleScalar pour obtenir des mesuresprecises (. . . ) de performance




Comparaison avec HIDE

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

twol

f

bzip

2

vort

ex

gap

perlb

mk

pars

er

mcf

gcc

vpr

gzip

Nor

mal

ized

IPC

2.22 0.99 2.37 0.37 0.97 0.67 1.76 1.00 1.95 0.88

HIDE CP/HIDE CP/HIDE Lazy 512




Plan

1 Introduction

2 CRYPTOPAGE



4 Conclusion




Conclusion

Performances de l’architecture tres bonnes (surcout 3 %en moyenne), comparees aux autres architectures(penalite de 20 % rien que pour l’integrite memoire)

Nouvelle architecture offrant chiffrement memoire,protection integrite memoire et protection contre fuitesd’informations sur bus d’adresses et donnees

Pas besoin d’OS de confiance

Permet calcul distribue enfin securise (projet ANR/ARA

SSIA SAFESCALE)




Travaux futurs

Extensions des mecanismes proposes a des systemesmulti-processeurs et a des processeurs multi-cœurs

Linux adaptee a derniere version de CRYPTOPAGE

Certification d’execution

Gestion de la virtualisation des machines

Rajout de mecanisme anti-rejeu absolu via memoirepermanente a acces restreint

Message non subliminal

Des sujets de stage de master recherche et des sujets dethese disponibles sur ces thematiques...


CryptoPage : une architecture efficace combinant chiffrement,...

Documents

Transcript of CryptoPage : une architecture efficace combinant chiffrement,...