论文笔记| Giving State to the Stateless: Augmenting Trustworthy Computation with Ledgers

Thu, 28 Mar 2019 11:53:11 +0800

Giving State to the Stateless: Augmenting Trustworthy Computation with Ledgers

Gabriel Kaptchuk, Matthew Green, Ian Miers

Network and Distributed Systems Security (NDSS) Symposium 2019

一、Introduction

该篇文章做了一次尝试，将可信计算平台（如 Intel SGX, ARM TrustZone 等）与区块链（如 BTC, ETH) 结合,期望实现无状态的可信计算。背景如下：

中心化和去中心化网络已经广泛使用，去中心化网络已被证明可以有更长的寿命和更高的可靠性。
有状态的可信计算环境可能会被攻击（需要外部存储非易失数据、以及监控网络流量等）
可信计算环境的硬件资源有限，特别是非易失存储资源的有限。

解决办法：将有状态的可信计算环境（TEE）变更为无状态的TEE。使用类似传统 http 的模式提供计算服务。同时引入分布式账单（Ledger)来记录状态。文章给出了一个Host、TEE 和 Ledger 之间的三方协议，来实现该方案。

对于通常的服务，可以用如下公式形式化描述：P是给定程序，对于输入Ii，当前状态Si和随机代价ri，产生确定输出Oi和新的状态Si+1。

$$ P(I_i,S_i,r_i) \rightarrow O_i,S_i+1 $$

文章对上述模型做了一下修正，以提高安全性：

Attempt 1: 加密程序状态，无法抵御重放攻击
Attempt 2: 使用 Ledger 存储状态信息，也无法抵御回放攻击
Attempt 3: 使用 Ledger 绑定程序的输入。通过向 Ledger 中提交输入，可以解决上述攻击。
Attempt 4: 随机化。为了防止恶意Host 复制程序执行，采用伪随机数发生器，产生随机代价？？？
Extension 1: 减少 Ledger 带宽 …
Extension 2: 增加公共输入输出
Extension 3: 指定程序

二、模型

文章给出模型的三个参与者：

论文笔记| OBLIVIATE:A Data Oblivious File System for Intel SGX

Tue, 26 Mar 2019 12:03:49 +0800

OBLIVIATE:A Data Oblivious File System for Intel SGX

Adil Ahmad, Kyungtae Kim, Muhammad Ihsanulhaq Sarfaraz, Byoungyoung Lee.

Ndss 2018

这篇主要讲了使用 SGX 技术实现了一个可用于web服务的混淆文件系统，用于在不可信服务器上提供隐私数据的 Web 服务。主要是用来对抗包括page failed等侧信道攻击。该方案亮点在于结合了 SGX 和 ORAM 算法来混淆文件读取的偏移量等信息，使用 cmov 条件转移指令来混淆读取内存内容。但是性能上有一定损失。

为了应对三种 Side-Channel Attacks：

Syscall Snooping Attacks: SGX 调用 ocall 过程中，向内核泄漏信息。
Page Fault Attacks: 当 EPC 页面第一次加载时，触发 Page Fault Attacks，可能泄漏信息。
Cache Based Attacks：各级缓存中泄漏信息。

方案： SGX 和 ORAM 算法结合，来混淆对文件系统读取时的偏离量。Path ORAM 算法简介：

采用完全二叉树结构。叶子节点数等于真实节点数。灰色标记的 abcd 节点为真实数据节点，efg为dummy 节点（随机填充）。另外有一张 Position map 表（加密存放于 SGX 中，指向真实节点位置。

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