May 5, 2017
Estudiantes: Juan Diego Campo
Tutores: Gustavo Betarte, Gilles Barthe
Los ataques basados en el cache son una clase de ataques de canal lateral (side-channel) particularmente efectivos en entornos virtualizados o basados en la nube, donde han sido usados para recuperar claves secretas de implementaciones criptográficas. Un enfoque común para frustrar los ataques basados en cache es usar implementaciones de tiempo constante (constant-time), las cuales no tienen bifurcaciones basadas en secretos, y no realizan accesos a memoria que dependan de secretos. Sin embargo, no existe una prueba rigurosa de que las implementaciones de tiempo constante están protegidas de ataques concurrentes de cache en plataformas de virtualización. Además, muchas implementaciones populares no son de tiempo constante. Un enfoque alternativo es utilizar mecanismos a nivel del sistema. Uno de los más recientes de estos es stealth memory, que provee una pequeña cantidad de cache privado a los programas para que puedan llevar a cabo de manera segura computaciones que potencialmente filtran información. En este trabajo se debilita la definición de tiempo constante, introduciendo una nueva clasificación de programas llamada S-constant-time, que captura el comportamiento de programas que hacen un uso correcto de stealth memory. Esta nueva definición abarca implementaciones criptográficas ampliamente utilizadas. Sin embargo, hasta el momento no había un análisis riguroso de stealth memory y S-constant-time, y ningún soporte de herramientas que permitan verificar si una aplicación es S-constant-time. En esta tesis, proponemos un nuevo análisis de flujo de información que verifica si una aplicación x86 ejecuta en constant-time o S-constant-time. Además, probamos que los programas (S-)constant-time no filtran información confidencial a través del cache a otros sistemas operativos ejecutando concurrentemente en plataformas de virtualización. La pruebas de corrección están basadas en propiedades que incluyen teoremas, de interés en sí mismos, de aislamiento para plataformas de virtualización y pruebas de que las implementaciones (S-)constant-time son no interferentes con respecto a una política estricta de flujo de información que no permite que el control de flujo y los accesos a memoria dependan de secretos. Formalizamos nuestros resultados utilizando el asistente de pruebas Coq, y mostramos la efectividad de nuestros análisis en implementaciones criptográficas que incluyen PolarSSL AES, DES y RC4, SHA256 y Salsa20.