检索结果-内蒙古大学图书馆

软件学报 2020年第2期31卷 544-563页

作者：吴晓慧贺也平马恒太周启明林少锋基础软件国家工程研究中心(中国科学院软件研究所) 北京100190 中国科学院大学北京100049 计算机科学国家重点实验室(中国科学院软件研究所) 北京100190

现代处理器的优化技术,包括乱序执行和推测机制等,对性能至关重要.以Meltdown和Spectre为代表的侧信道攻击表明:由于异常延迟处理和推测错误而执行的指令结果虽然在架构级别上未显示,但仍可能在处理器微架构状态中留下痕迹.通过隐蔽信... 详细信息

现代处理器的优化技术,包括乱序执行和推测机制等,对性能至关重要.以Meltdown和Spectre为代表的侧信道攻击表明:由于异常延迟处理和推测错误而执行的指令结果虽然在架构级别上未显示,但仍可能在处理器微架构状态中留下痕迹.通过隐蔽信道可将微架构状态的变化传输到架构层,进而恢复出秘密数据,这种攻击方式称为瞬态执行攻击.该攻击有别于传统的缓存侧信道攻击,影响面更广,缓解难度更大.深入分析了瞬态执行攻击的机理和实现方式,对目前的研究现状与防御方法进行了总结.首先,介绍了处理器微架构采用的优化技术,并分析了其导致瞬态执行攻击的功能特征;然后,基于触发瞬态执行的原语对瞬态执行攻击进行系统化分析,揭示攻击面上的明显差异;最后,有侧重点地针对攻击模型中的关键步骤和关键组件总结了已有的防御方法,并展望了未来的研究方向.

关键词：处理器微架构优化技术瞬态执行攻击防御方法

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瞬态执行攻击下微架构侧信道技术研究

瞬态执行攻击下微架构侧信道技术研究

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作者：霍天霖中国科学院大学

学位级别：博士

侧信道作为信息安全领域中的经典研究课题，是一种利用处理器中共享硬件资源打破系统隔离性进而实现信息泄露的攻击方式，对用户隐私数据安全造成严重威胁。其中，微架构侧信道由于不依赖于额外的硬件监测设备就可以实施攻击，故相比于... 详细信息

侧信道作为信息安全领域中的经典研究课题，是一种利用处理器中共享硬件资源打破系统隔离性进而实现信息泄露的攻击方式，对用户隐私数据安全造成严重威胁。其中，微架构侧信道由于不依赖于额外的硬件监测设备就可以实施攻击，故相比于其他类型的侧信道可应用场景更加广泛，攻击力也相对更强。尤其是自2018年以来，微架构侧信道被广泛应用于瞬态执行攻击中。通过与其他多种攻击方法相组合，微架构侧信道造成的安全危害也愈加严重。如何能够及时发现这些可应用于瞬态执行攻击中的微架构侧信道，一直是计算机安全领域的一个研究热点。本文在对处理器微架构特征进行分析的基础上，形成面向分支预测单元的微架构新型侧信道，同时对瞬态执行攻击技术进行抽象和建模，构建针对瞬态执行攻击的生成利用框架，支持对已有多种微架构侧信道的有效性进行验证，从而为安全防御人员决策提供有效的参考。　　第一，提出一种基于分支预测单元中二级方向预测器的新型侧信道攻击Bluethunder，可以细粒度地泄露SGX安全域内运行程序的控制流。相比于较为先进的针对分支预测单元的侧信道攻击Branchscope，Bluethunder在攻击过程中训练预测器的时间成本较小，故可以实现更快的攻击速度。我们对二级方向预测器中模式历史表的内部逻辑进行了逆向分析，并根据该分析结果成功构造和利用了二级方向预测器中的预测器项冲突。本研究的主要贡献包括:1）一种利用二级方向预测器中模式历史表项冲突来恢复分支历史信息的新方法，通过有限次遍历来快速恢复目标程序中指定位置处的分支历史信息;2）一种具有高时间分辨率的攻击探测技术，通过动态调整分支预测器的状态来实现对探测目标状态的自动修正，进而允许攻击者精准监控目标程序的执行行为;3）一种利用SGX中断来固定目标程序所在逻辑核的分支历史的新方法，通过在执行目标分支指令之前中断SGX，攻击者可以确保每次执行目标分支指令时的分支历史都相同。我们在具有最新硬件补丁的真实SGX硬件上测试了Bluethunder攻击。实验结果显示，Bluethunder可以实现比Branchscope快52倍的攻击速度，且仅靠单次攻击就可以恢复出96.76％的2048位RSA密钥。　　第二，提出一种基于分支预测单元中循环流探测器的侧信道攻击Loop-Kill，可在支持超线程的环境下细粒度地恢复出目标程序的控制流。我们首先利用逆向工程的方法还原Intel处理器中循环流探测器的设计，而后基于逆向出的循环流探测器特性构造超线程之间的资源冲突，最终利用时间差异来获取目标程序中的私密信息。本攻击的主要贡献包括:1）对Intel最新处理器中的循环流探测器设计进行逆向分析，公开了循环流探测器在“循环体所需执行的最少循环次数”和“循环体可以容纳的最大长度”等方面的设计;2）一种基于循环流探测器特性的资源冲突构建优化方法，攻击者可以通过动态调整代码中循环体的起始位置和大小来快速构建与目标程序之间的资源冲突;3）一种基于循环流探测器的高精度时间侧信道，可以攻破现有BPU防御方案并最终恢复目标程序中的私密信息。我们在支持超线程的处理器上验证了LoopKill攻击的有效性。结果表明，该攻击可以成功泄露目标程序中的控制流，最终细粒度地恢复出该程序中的敏感信息。　　第三，提出一种针对瞬态执行攻击的动态合成框架TEADS，为验证微架构侧信道的有效性提供参考。TEADS框架能够将瞬态执行攻击不同阶段中可用方法之间的组合关系抽象为攻击有向图，并在该有向图中自由挑选和测试潜在的攻击链路，最终快速合成能够攻破当前防御体系的瞬态执行攻击。本研究的主要贡献包括:1）一种针对瞬态执行攻击的“四阶段攻击模型”，并基于该模型设计了一种能够动态合成瞬态执行攻击的框架TEADS;2）一种针对攻击有向图的扩展算法，可用于增加攻击有向图中可用边的数量，从而增强TEADS框架合成新攻击的能力;3）一种基于反馈机制的深度优先遍历优化算法，可以大幅提升框架合成瞬态执行攻击链路的速度。我们在三种不同的硬件平台上实现了TEADS框架并对该框架的功能和性能进行了评测。实验结果表明，TEADS合成的攻击能够攻破多种防御技术的组合。

关键词：处理器微架构侧信道瞬态执行攻击

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解密Intel的撒手锏——Nehalem，微架构改革进行时

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微型计算机 2008年第15期28卷 103-106,108页

作者： Castaly 高登辉

熟悉Intel产品线的朋友都会发现一个有趣的规律，Intel会在偶数年里推出基于新架构的产品，而在奇数年中则是对原来的产品进行小修小补以及制程习级——Intel自己则把这种按部就班的“开发-改进-再开发-再改进”的循环称作“Tick-Tock... 详细信息

熟悉Intel产品线的朋友都会发现一个有趣的规律，Intel会在偶数年里推出基于新架构的产品，而在奇数年中则是对原来的产品进行小修小补以及制程习级——Intel自己则把这种按部就班的“开发-改进-再开发-再改进”的循环称作“Tick-Tock（钟摆式发展）”。现在前进的时针指向了2008年，Intel又给我们带来了什么新鲜有趣的东西呢？

关键词： Intel 微架构解密改革产品线再开发

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现代CPU缓存微架构的功能与时序模拟研究

现代CPU缓存微架构的功能与时序模拟研究

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作者：宋双洋中国科学院大学

学位级别：硕士

CPU的高速缓存使用存取速度介于寄存器与主存之间的特殊硬件结构，充分利用程序的时间局部性与空间局部性原理，将最近或最常使用的数据进行缓存。现代CPU缓存微架构的设计，已对其性能起着决定性的影响。然而，缓存微架构的设计经过多... 详细信息

CPU的高速缓存使用存取速度介于寄存器与主存之间的特殊硬件结构，充分利用程序的时间局部性与空间局部性原理，将最近或最常使用的数据进行缓存。现代CPU缓存微架构的设计，已对其性能起着决定性的影响。然而，缓存微架构的设计经过多年的发展和积累已变得越来越复杂，包括多种缓存策略、多种硬件算法、多个缓存层级、多核等设计。为了研究更先进的缓存微架构硬件设计方案，开发性能更高的缓存系统，进行缓存微架构设计的论证和评估是一项至关重要的基础工作。但是，如果在硬件上直接进行设计和论证，不仅耗时且成本较高，对研究和开发工作都极为不利。本研究从缓存的硬件结构出发，采用软件模拟这种体系结构研究中的重要方法，来解决如何用软件的方式进行缓存微架构设计的论证和评估的问题。通过从系统建模的角度对缓存微架构的硬件设计方案进行抽象，开发出相应程序实现软件模拟，这样不仅能够大大节省时间和成本，而且能快速配置不同的设计策略和硬件算法来进行原型设计。首先，本研究以缓存微架构硬件为基础，研究了对不同的硬件实体使用合理的软件数据结构进行建模的方法;其次，分别从硬件模块的外在功能和内部实现的时序两个角度，研究了如何构建软件程序对硬件行为进行模拟。基于这些研究，首先从缓存的功能建模角度，开发了一个缓存微架构功能模拟器，不仅能作为独立的缓存模拟器运行，以访存记录数据为输入进行评估和测试，而且能以独立模块提供统一的访存接口，供整个CPU模拟器中其他模块调用。之后，进一步深入到缓存硬件实现的细节，从硬件时序的角度基于状态机开发模型进行了部分缓存模块的时序模拟，在单周期水平上进行对缓存系统的状态和行为进行模拟。通过运行软件模拟器，获取模拟的结果数据，可以对缓存微架构设计的性能进行分析以及有效性进行论证和评估。

关键词：中央处理器缓存系统微架构性能评估软件时序模拟

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基于线程重组的GPGPU访存不规则问题微架构方案研究与验证

基于线程重组的GPGPU访存不规则问题微架构方案研究与验证

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作者：孟炜东南大学

学位级别：硕士

近十年来,随着可编程性和计算能力的不断提升,GPU的应用范围已扩展至通用计算领域。众多通用计算GPU程序中包含访存不规则性。访存不规则性阻碍了GPU缓存对线程束内和线程束间数据局部性的捕获,使得程序执行速度低下。研究人员对GPU微... 详细信息

近十年来,随着可编程性和计算能力的不断提升,GPU的应用范围已扩展至通用计算领域。众多通用计算GPU程序中包含访存不规则性。访存不规则性阻碍了GPU缓存对线程束内和线程束间数据局部性的捕获,使得程序执行速度低下。研究人员对GPU微架构进行了大量改进,以保护GPU程序中的数据局部性。但现有技术尚不能有效保护访存不规则程序中的线程束间数据局部性。为此,本文设计了基于线程重组的线程束间数据局部性保护方案。本文首先介绍了该线程重组方案包含的两项技术措施：(1)在线程束之间交换线程以避免线程束间的缓存竞争、保护数据局部性；(2)对访存流进行调整,以降低访存延时并提升访存不规则程序性能。接着,本文阐述了实现上述技术措施所需的GPU微架构修改,即引入重组缓冲区和修改发射逻辑。随后,本文分析了线程重组的性能开销,并讨论了减少开销的具体措施。最后,本文结合线程重组和一项线程束内数据局部性保护技术MRPB,设计了兼顾线程束间和线程束内数据局部性的综合方案。该微架构方案在GPU程序执行初期对其进行访存特征分析,根据程序特征分别采用线程重组和MRPB技术保护不同类型的数据局部性。本文在仿真平台GPGPU-Sim上分别实现了线程重组方案和综合方案,并使用以访存不规则程序为主的GPGPU测试集PolyBench对两者进行了验证。实验结果表明,与基准架构相比,线程重组方案使得一级缓存缺失平均减少28.2%,IPC平均提升44.9%。上述结果表明,本文设计的线程重组方案可以有效保护数据局部性,提升访存不规则程序的执行速度。此外,综合方案使得一级缓存缺失平均减少34.9%,IPC平均提升63.2%,这表明综合方案在线程重组方案基础上进一步保护了数据局部性,并提升了程序执行速度。

关键词：通用图形处理器访存不规则性缓存竞争数据局部性微架构

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基于OpenCL微测试集的GPU微架构分析与评估

基于OpenCL微测试集的GPU微架构分析与评估

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作者：杨鲤源东南大学

学位级别：硕士

随着人们在科学计算、人工智能等领域对大规模数据计算的需求越来越高，使用图形处理器（GPU，Graphic Processing Unit）进行大规模并行计算正逐渐成为学术界和工业界的研究热点。建立一个能够全面反映GPU体系结构的GPGPU量化性能模型... 详细信息

随着人们在科学计算、人工智能等领域对大规模数据计算的需求越来越高，使用图形处理器（GPU，Graphic Processing Unit）进行大规模并行计算正逐渐成为学术界和工业界的研究热点。建立一个能够全面反映GPU体系结构的GPGPU量化性能模型，从而评估特定并行算法如何高效映射到特定GPU硬件平台上就显得尤为重要。由于大多数商用嵌入式GPU的微结构参数都不公开，而针对传统GPU的GPGPU性能模型大多基于已知的GPU架构参数，且二者在架构上存在巨大差异，因此传统GPGPU模型无法直接适用于这些嵌入式GPU。　　本文旨在提出一种基OpenCL微测试集的嵌入式GPGPU量化性能模型。本文参考传统GPGPU性能模型的主要影响因素及建立过程，设计了一套基于OpenCL的较全面的GPU微架构测试程序集，用于探测模型建立所需要的计算单元数、指令开销、内存结构、访存延迟等微架构参数，作为模型的输入;然后，基于微测试集的测试结果，本文对传统GPGPU程序的主要执行方式，包括计算访存重叠、分支执行等重新进行分析修正，简化了分支执行部分的模型表达;最后，考虑同步语句开销影响，增加同步操作性能建模，使得模型更为准确。在实验部分，论文通过两个常用算子:矩阵乘法和Sobel图像滤波器，在Mali-T628 GPU上来验证所提出模型的有效性。实验结果表明，本文所提出的模型估算的执行时间与实际硬件执行时间相比，准确度最高为86.1％，平均为81.2％，达到预期指标。　　相比于传统GPGPU模型研究，本文首次针对未知架构参数的嵌入式GPU进行了架构建模，并证明了模型的有效性，帮助程序员更加高效地在嵌入式GPU上进行GPGPU程序的映射，程序员可以在进行GPGPU算法移植之前，借此评估模型估算GPGPU程序的执行性能。

关键词：图形处理器微架构测试程序集开放运算语言

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兼容E300核心的整型计算单元微架构设计与研究

兼容E300核心的整型计算单元微架构设计与研究

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作者：张碧杨中国电子科技集团公司电子科学研究院

学位级别：硕士

PowerPC作为世界上最常用的精简指令集架构之一,但是其生产厂商中的龙头企业Freescale公司有着独特的商业模式,他们仅仅售卖集成了外围电路后的一整套嵌入式处理器,其内部E300核心并不直接售卖。但在实际中,使用E300核去搭建适用于我们... 详细信息

PowerPC作为世界上最常用的精简指令集架构之一,但是其生产厂商中的龙头企业Freescale公司有着独特的商业模式,他们仅仅售卖集成了外围电路后的一整套嵌入式处理器,其内部E300核心并不直接售卖。但在实际中,使用E300核去搭建适用于我们操作环境的外围电路,往往更符合我们的使用需求,所以目前实现国产化自主化的Ree300核尤为迫切和重要。本文正是介绍了一款基于PowerPC架构的Ree300核内整型计算单元微架构的设计过程:1、设计实现微处理器四级流水线的硬件电路结构;2、设计实现整型计算单元部分;3、仿真测试所设计的整型微架构并进行逻辑综合。同时,向大家介绍了 Ree300核的整体设计框架以及PowerPC架构的独特优势。在设计过程中,对于CPU设计中最需要关注的指令数据相关性问题,本文应用PowerPC架构特有的CR寄存器和通用目的寄存器进行寄存器重命名的方式解决这一难题。在乘法指令的设计中,使用4-2压缩器和3-2压缩器结合的方式替换wallace tree压缩的方式,使得在乘法器的设计中节省了 50%的硬件面积消耗。设计完成后,使用UVM验证方法对所设计的整型计算单元进行了模块级仿真验证,并将设计的整型微处理器放入整个Ree300核内进行系统级验证,最终验证得出本课题所设计的整型计算单元最终实现了对原E300核的正向兼容,为Ree300核的国产自主化研究提供了助力。在验证完成后,对所设计的微处理器在SMIC40nm的工艺下进行逻辑综合,所设计的微处理器时钟频率达到了550MHz。

关键词：处理器 PowerPC 微架构整型计算单元 UVM

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微架构背后的大格局

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金融电子化 2019年第7期 91-92页

作者：王伟

"在大数据和AI时代,信息技术并非总是在确定中发展,而是在不确定中寻找和发现确定性。加强金融科技的研究及对外合作,构建良性循环的金融科技生态体系,是金融科技长远发展的必由之路。"这是6月26日,在东方证券股份有限公司(... 详细信息

"在大数据和AI时代,信息技术并非总是在确定中发展,而是在不确定中寻找和发现确定性。加强金融科技的研究及对外合作,构建良性循环的金融科技生态体系,是金融科技长远发展的必由之路。"这是6月26日,在东方证券股份有限公司(以下简称东方证券)gRPC-Nebula微服务框架开源项目发布会上,东方证券公司副总裁、首席信息官舒宏在致辞中的观点表述。

关键词：东方证券数字化转型同花顺接入服务余额宝微架构交易系统首席信息官服务框架治理平台

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Nehalem!酷睿微架构的接班人

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新电脑 2008年第7期 62-67页

作者：姚远

PC 行业早已度过了暴利时代,但台式电脑和笔记本电脑还远远没有普及到像手机那样人手一台。以 Eee PC 为代表的低价,便携性能奇佳的 PC 可能将推动个人电脑成为一种消费品.使个人电脑像手机那样普及。

关键词：酷睿微架构 Nehalem 内存控制器三级缓存处理器二级缓存英特尔接班人

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Skylake微架构处理器全面登场

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个人电脑 2015年第10期21卷 20-37页

作者：张越王旭

2015年8月,英特尔在德国科隆游戏展会上发布了两款最新的Skylake微架构处理器Core i7-6700K和Core i5-6600K,虽然令很多游戏发烧友和超频爱好者感到疯狂,但两款带＂K＂的型号并不是最主流消费者最中意的处理器。于是,现在在IFA 2015大... 详细信息

2015年8月,英特尔在德国科隆游戏展会上发布了两款最新的Skylake微架构处理器Core i7-6700K和Core i5-6600K,虽然令很多游戏发烧友和超频爱好者感到疯狂,但两款带＂K＂的型号并不是最主流消费者最中意的处理器。于是,现在在IFA 2015大会召开前夕,英特尔终于公布了更多Skylake处理器的型号,规模相当庞大。2006年开始,Intel就以无比稳定的步伐,每两年交替升级新的处理器架构、制造工艺。Skylake,就是它的第九次更新。

关键词： Skylake 微架构游戏发烧友德国科隆超线程技术图形处理 Autodesk 酷睿存储介质固态硬盘

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