Defense against microarchitecture side-channel attacks through runtime detection, isolation and prevention
Mikromimari yan kanal saldırılarına karşı dinamik tespit, ı̇zolasyon ve önleme tabanlı savunma
- Tez No: 761950
- Danışmanlar: DOÇ. DR. CEMAL YILMAZ, PROF. DR. ERKAY SAVAŞ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Computer Engineering and Computer Science and Control
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Bilgisayar Bilimleri ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 119
Özet
Son yıllarda, mikromimari yan kanal saldırıları, bir bilgi işlem donanımından bilgi sızdırmak için en yeni ve merak uyandıran saldırılardan biri olarak ortaya çıkmıştır. Bu saldırılar, belirli mimari tasarımlar altında, hesaplamaların yan etkileri olarak üretilen istenmeyen yapay olgulardan yararlanırlar ve ciddi performans ek yüklerine maruz kalmadan etkin bir şekilde engellenmeleri genellikle zordur. Ayrıca, bu tür saldırılar birbirlerinden yalıtılmış işlemler, sanal kaplar ve sanal makineler arasında da çalışabilirler. Bu tez bilgisayar sistemlerine yönelik mikromimari yan kanal saldırılarına karşı alınabilecek önlemler üzerine yoğunlaşmaktadır. Bu tür saldırıların kökenleri, mevcut karşı önlem yaklaşımlarının etkinliği ve bu saldırılara karşı geleceğin güvenli sistemlerini oluşturmak için öğrenilebilecek dersler araştırılmaktadır. Bu amaç̧ için tez çalışmaları kapsamında geliştirilen bir sınıflandırma şeması kullanılarak son yıllardaki literatürün sistematik bir haritası çıkarılmakta ve bu haritalama kullanılarak yine tez çalışmaları kapsamında belirlenen araştırma soruları için elde edilen cevaplar sunulmaktadır. Bütün bu çalışmaların yanında mikromimari zamanlama saldırılarını, sistemlerin çalışmaları ile eş zamanlı olarak tespit eden, izole eden ve önleyen Detector+ adlı yeni bir yaklaşım sunulmaktadır. Sunulan yaklaşımın temeli, bahse konu saldırıların genellikle çok kısa süren işlemlerin çalışma sürelerini ölçtükten dolayı zararsız yazılımlara göre daha farklı bir zaman ölçüm karakteristiği gösterdiği gözlemine dayanmaktadır. Şüpheli zaman ölçümlerinin varlığı durumunda saldırganın anlamlı bilgiler elde etmesini önlemek için döndürülen ölçümlere gürültü eklenir. Ayrıca, şüpheli zamanlama ölçümleri kötücül işlemlerin sistemlerin çalışmalarıyla eş zamanlı olarak saptanması için analiz edilir. Sunulan yaklaşımın etkinliği ve sistemler üzerine getirdiği ihmal edilebilir düzeydeki ek çalışma yükü maliyeti hem bağımsız sunucu ortamlarında hem de sanallaştırılmış bulut ortamlarında yapılan deneysel çalışmalarla gösterilmiştir. Bu tez çalışması kapsamında siber güvenlik alanında gelecekteki araştırmalara ışık tutabilecek nitelikte potansiyel araştırma konuları da tartışılmaktadır.
Özet (Çeviri)
Over the course of recent years, microarchitectural side-channel attacks emerged as one of the most novel and thought-provoking attacks to exfiltrate information from a computing hardware. They leverage the unintended artefacts produced as side-effects to computation, under certain architectural design choices and they prove difficult to be effectively mitigated without incurring significant performance penalties. Moreover, such attacks could operate across isolated processes, containers and virtual machines. In this thesis, we focus on countermeasuring microarchitectural side-channel attacks on computing systems. We investigate the origins of such attacks, effectiveness of existing countermeasure approaches, and lessons that can be learned to build secure systems of future against these attacks. To this end, we perform a systematic mapping of existing literature from recent years under a classification scheme that we developed for this purpose, and provide sought-after answers from the curated set of primary studies through systematic mapping. Furthermore, we present a novel approach called Detector+ to detect, isolate and prevent microarchitecture timing-attacks at runtime. We observe that time measurement behavior of timing attacks differ from benign processes, as these attacks need to measure the execution times of typically quite short-running operations. Upon presence of suspicious time measurements, noise is introduced into the returned measurements to prevent the attacker from extracting meaningful information. Subsequently, the timing measurements are analyzed at runtime to pinpoint malicious processes. We demonstrate the effectiveness of our approach and its incurred negligible performance overhead both in the standalone server environment as well as virtualized cloud environment. Lastly, we discuss some potential avenues for future research in this area of computer and cybersecurity.
Benzer Tezler
- Mikobakteriyel enfeksiyona mendeliyen yatkınlığın genetik etiyolojisi ve ilgili gen varyantlarının immünopatogenezdeki rollerinin belirlenmesi
Genetic etiology of mendelian susceptibility to mycobacterial disease and the immunopathogenic roles of the associated gene variants
ASLI KARACAN KONRAT
- Savunma sanayi şirketlerinde web uygulama güvenliğinde geleneksel yöntemler ve büyük dil modelleri (LLM) üzerine bir çalışma
A study of traditional methods vs. (LLM) agents results in web application security for defense industry companies
AHMET TORTUMLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KEMAL BIÇAKCI
- Elektromanyetik darbelerden korunma
Protection against electromagnetic pulses
FATİH IŞIK
Yüksek Lisans
Türkçe
2008
Savunma ve Savunma Teknolojileriİstanbul Teknik ÜniversitesiDisiplinlerarası Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZCAN KALENDERLİ
- The Isolation and purification of superoxide dismutase from chicken liver
Tavuk karaciğerinden süperoksit dismutazın izolasyonu ve saflaştırılması
RAZİYE ÖZTÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
1998
Eğitim ve ÖğretimDokuz Eylül ÜniversitesiKimya Eğitimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LEMAN TARHAN
- Multi-model multi-agent defense against LLM jailbreak attacks
Büyük dil modellerine yönelik jailbreak saldirilarina karşi çok modelli çok ajanli sistemler ile savunma
ARJEN AYKAN KILIÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolBoğaziçi ÜniversitesiMühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATİH ALAGÖZ
PROF. DR. EMİN ANARIM
DOÇ. DR. REYHAN AYDOĞAN