Fault attacks enable adversaries to manipulate the control-flow of security-critical applications. By inducing targeted faults into the CPU, the software's call graph can be escaped and the control-flow can be redirected to arbitrary functions inside the program. To protect the control-flow from these attacks, dedicated fault control-flow integrity (CFI) countermeasures are commonly deployed. However, these schemes either have high detection latencies or require intrusive hardware changes. In this paper, we present EC-CFI, a software-based cryptographically enforced CFI scheme with no detection latency utilizing hardware features of recent Intel platforms. Our EC-CFI prototype is designed to prevent an adversary from escaping the program's call graph using faults by encrypting each function with a different key before execution. At runtime, the instrumented program dynamically derives the decryption key, ensuring that the code only can be successfully decrypted when the program follows the intended call graph. To enable this level of protection on Intel commodity systems, we introduce extended page table (EPT) aliasing allowing us to achieve function-granular encryption by combing Intel's TME-MK and virtualization technology. We open-source our custom LLVM-based toolchain automatically protecting arbitrary programs with EC-CFI. Furthermore, we evaluate our EPT aliasing approach with the SPEC CPU2017 and Embench-IoT benchmarks and discuss and evaluate potential TME-MK hardware changes minimizing runtime overheads.


翻译:断层攻击使对手能够操纵安全关键应用程序的控制流。 通过将目标错误引入 CPU, 软件的调用图可以逃脱, 控制流可以转向程序内部的任意功能。 为了保护这些攻击的控制流, 通常会部署专门的断层控制流( CFI) 反措施。 但是, 这些计划要么是探测迟到率高, 或需要侵入性硬件变化。 在本文中, 我们展示了EC- CFI, 一种基于软件的加密执行 CFI 计划, 没有利用最近 Intel 平台的硬件功能探测延迟。 我们的EC- CFI 原型可以防止对手在程序内用不同钥匙加密每个功能的错误来逃避程序。 运行时, 仪式程序会动态地显示解密键, 确保只有在程序遵循预定的调用图时代码才能成功解密。 为了在 Intel 商品系统上实现这种程度的保护, 我们引入了扩展的页面表格( EPT), 以允许我们实现功能- granal- granal crow cregil 和 EVLM IM 自动地保护我们的 ECT 系统。

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