Dynamic partial reconfiguration enables multi-tenancy in cloud-based FPGAs, which presents security challenges for tenants, IPs, and data. Malicious users can exploit FPGAs for remote side-channel attacks (SCAs), and shared on-chip resources can be used for attacks. Logical separation can ensure design integrity, but on-chip resources can still be exploited. Conventional SCA mitigation can help, but it requires significant effort, and bitstream checking techniques are not highly accurate. An active on-chip defense mechanism is needed for tenant confidentiality. Toward this, we propose a lightweight shielding technique utilizing ring oscillators (ROs) to protect applications against remote power SCA. Unlike existing RO-based approaches, in our methodology, an offline pre-processing stage is proposed to carefully configure power monitors and an obfuscating circuit concerning the resource constraints of the board. Detection of power fluctuations due to application execution enables the obfuscating circuit to flatten the power consumption trace. To evaluate the effectiveness of the proposed SHIELD, we implemented it on a Xilinx Zynq-7000 FPGA board executing an RSA encryption algorithm. Due to the SHIELD, the number of traces required to extract the encryption key is increased by 166x, making an attack extremely hard at run-time. Note that the proposed SHIELD does not require any modification in the target application. Our methodology also shows up to 54% less power consumption and up to 26% less area overhead than the state-of-the-art random noise-addition-based defense.


翻译:动态部分重组使基于云端的FPGA系统具有多重性,这给租户、IP和数据带来了安全挑战。 恶意用户可以利用FPGA系统进行远程侧通道攻击, 并可以使用共享芯片资源进行攻击。 逻辑分离可以确保设计的完整性, 但仍可以开发芯片资源。 常规的SCA减少噪音可以有所帮助, 但需要大量努力, 位流检查技术并不十分精确。 需要一种活跃的芯片防御机制, 以便租户保密。 为此, 我们提议使用环形振荡器(ROs) 来使用轻量屏蔽技术来保护远程电动SCA。 与目前基于RO的方法不同, 提议一个离线预处理阶段, 以仔细配置电源监测器, 但仍可以利用芯片资源资源限制的电路。 检测应用产生的电流波动使得基于电流的电路能稳定下来的电流追踪系统, 评估拟议的SHIELLD的有效性, 我们用环形振标的重量保护技术, 而不是Xlinx Zyn- 700x 用于SH- fan- flax 版的SIS- hain- hain- hack acal detradestreving the SLA 要求的S- sl- slational acal acreal deal delipal axx ax ax ax ax ax ax ax ax ax ax ax ax ax lax lautdaldaldal 要求使用Slviolviolvioldaldaldddddddddaldd 要求使用Sldddddddaldaldaldalddddddddaldaldald 使用一个硬性的Sldaldaldaldalddd 要求使用一个硬性, 要求使用一个硬为SSHLDaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldaldd 要求的硬为SLD 要求的硬的硬性 要求的硬性</s>

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