[发明专利]针对Path ORAM的地址标签分配调度与多路径缓存写回方法

说明书

本发明公开了一种针对Path ORAM的地址标签分配调度与多路径缓存写回方法，包括新数据进入ORAM树的标签分配、访问路径时的部分提前与合并、缓存中数据的写回及数据写回ORAM树的标签分配四个阶段；在新数据进入内存或数据从缓存中写回后对数据进行基于内存行的标签分配或随机分配；接着对路径的访问进入请求队列，进行路径提前或合并优化；执行对整条路径的访问，路径中所有结点的数据被送入缓存；从缓存中返回数据时，选择一条最优的路径进行写回，使得对于下一次随机的路径访问中重叠的数据数量期望值最大。本发明提供的针对Path ORAM的地址标签分配调度与多路径缓存写回方法，在很小的硬件成本下，能快速访问Path ORAM，并降低执行时间，显著提高系统性能。

技术领域

本发明涉及信息安全技术领域，尤其涉及一种针对Path ORAM的地址标签分配调度与多路径缓存写回方法及装置。

背景技术

不可见存储器(Oblivious RAM，以下简称ORAM)是一种保护内存访存模式的安全协议，该协议将对单个内存单元的访问转化为计算不可区分的含有固定数量访存的访问序列，从而掩盖原有的访问模式。其中，基于路径的不可见存储器(Path Oblivious RAM，以下简称Path ORAM)是目前访存效率最高，可行性最强的ORAM协议。但是，ORAM协议带来的巨大的内存访问开销，会严重降低系统性能。

为了降低访问开销，现有技术通常采用以下几种做法：第一，通过识别并丢弃路径访问之间的冗余请求部分，从而降低一部分开销，但该方法在数据之间存在依赖性时具有一定的局限性，可实施性差；第二，根据fork Path ORAM的数据写回后短时间内不会再读取的这一现象，将“读操作”提前到“写操作”之前，该方法虽然能有效提升系统性能，但是降低的开销占比很小，访问成本依然很大；第三，通过给主ORAM树设置一个小的ORAM树作为其缓存，而该方法与第二种效果类似，Path ORAM的访存开销仍然很大。因此，如何实现大幅降低Path ORAM的访存开销，并且显著提高系统的性能，是目前Path ORAM访存中亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对Path ORAM的地址标签分配调度与多路径缓存写回方法，该方法通过隐藏访存模式进行调度优化，在很小的硬件成本下，就能够快速访问Path ORAM，从而大幅降低Path ORAM的访存代价，同时降低系统执行时间，显著提高系统性能。

为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种针对Path ORAM的地址标签分配调度与多路径缓存写回方法，包括：

新数据进入ORAM树的标签分配阶段、访问路径时的部分提前与合并阶段、缓存中数据的写回阶段及数据写回ORAM树的标签分配阶段；

A.在新数据进入ORAM树的标签分配阶段，执行如下操作：

A1.将新数据的地址记为addr，若与该新数据于同一内存行的地址中，存在在ORAM树中未成对的内存单元，将该内存单元地址记为addr’，执行步骤A2；

A2.根据位置图，获得addr’地址对应单元的路径标签label’及所在层数l’；为新数据随机分配一个与label’的二进制前l’位相同的新标签label－k；

A3.根据位置图，判断label－k对应的path－k的前l’个节点中是否有空闲位置，若是，则执行步骤A4；若否，则返回执行步骤A2，并将随机分配的新标签记为label－k’；

A4.根据path－k中已配对数据的数量，判断该数量是否达到第一预设阈值k；若否，则执行步骤A5；若是，则返回执行步骤A2，并将随机分配的新标签记为label－k’；

A5.将新数据的地址addr和标签label－k的配对关系标记在位置图中，并将该数据插入到ORAM树中，更新该数据的配对状态为已配对；

B.在访问路径时的部分提前与合并阶段，执行如下操作：