[发明专利]基于动态内存重映射和缓存清除的侧信道攻击防御方法及其装置

权利要求书

1.一种基于动态内存重映射和缓存清除的侧信道攻击防御方法，其特征在于，基于虚拟机监控器和硬件多层级缓存架构实现，该方法包含如下内容：

收集虚拟机监控器上运行的虚拟机信息，该虚拟机信息至少包含每一个虚拟机所占用的物理页面，以及虚拟机提交的保护内存；同时实时监测当前发生的基于缓存的侧信道攻击，得到攻击目标信息，该攻击目标信息至少包含：被攻击的目标虚拟机、攻击频率和被攻击的缓存层；

根据收集的虚拟机信息及实时监测得到的攻击目标信息，选取防御操作，其中，所述的防御操作根据攻击目标信息中被攻击的缓存层选取缓存清除操作或内存动态重映射操作；

以攻击目标信息中攻击频率执行选取的防御操作。

2.根据权利要求1所述的基于动态内存重映射和缓存清除的侧信道攻击防御方法，其特征在于，根据攻击虚拟机在攻击目标虚拟机时攻击虚拟机和目标虚拟机两者访问缓存的行为相似，检测当前可能发生的基于缓存的侧信道攻击，得到攻击目标信息。

3.根据权利要求1所述的基于动态内存重映射和缓存清除的侧信道攻击防御方法，其特征在于，硬件多层级缓存架构包含用于缓存数据和指令的第一级缓存层，用于单核统一缓存的第二级缓存层，及用于统一共享缓存的第三级缓存层。

4.根据权利要求3所述的基于动态内存重映射和缓存清除的侧信道攻击防御方法，其特征在于，选取防御操作，包含如下内容：将目标虚拟机所占用的物理内存页面分为敏感页面和普通页面两类，根据目标信息中被攻击的缓存层，若为第一级缓存层，则确定防御操作为缓存清洗操作，每一次目标虚拟机执行敏感操作后，随机清洗部分或全部缓存；若为第二级缓存层或第三级缓存层，则确定防御操作为内存动态重映射操作，动态随机交换敏感页面和普通页面两者之间的内存映射关系，混淆缓存行为特征和目标信息关联。

5.根据权利要求4所述的基于动态内存重映射和缓存清除的侧信道攻击防御方法，其特征在于，缓存清洗操作，包含如下内容：

A1)构建缓存清洗页面集合；

A2)依次访问缓存清洗页面集合中每一个内存页面，清洗与敏感目标页面对应的缓存。

6.根据权利要求5所述的基于动态内存重映射和缓存清除的侧信道攻击防御方法，其特征在于，A1中构建缓存清洗页面集合，包含如下内容：对于S个映射到与敏感目标页面相同的缓存位置的内存页面，随机选择W个内存页面作为该敏感目标页面的清洗页面集合，其中，S≥W，W是缓存的关联系数。

7.根据权利要求4所述的基于动态内存重映射和缓存清除的侧信道攻击防御方法，其特征在于，内存动态重映射操作，包含如下内容：

B1)根据虚拟机信息中虚拟机所占用的物理页面及虚拟机提交的保护内存，定位虚拟机上存储目标信息的敏感页面，将目标虚拟机所占用的物理内存页面分为敏感页面和普通页面两类，从虚拟机监控器负责页表中随机选择两个页表项；

B2)获取所选择页表项对应的物理内存页面；

B3)清除地址翻译缓存，并禁止其他进程对页表项和对应物理内存页面的访问；

B4)交换两个物理内存页面的存储内容，并交换两个页表项内容；

B5)恢复其他进程对页表项和对应物理内存页面的访问。

8.根据权利要求7所述的基于动态内存重映射和缓存清除的侧信道攻击防御方法，其特征在于，B1中从虚拟机监控器负责页表中随机选择两个页表项，两个页表项中：一个为敏感页面表项，另一个为普通页面表项。