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Formalizing, Verifying and Applying ISA Security Guarantees as Universal Contracts

Descrizione del progetto

Migliori fondamenta di sicurezza per ogni tipo di sistema basato su software

L’architettura del set di istruzioni (ISA) dei computer definisce il modo in cui l’unità di elaborazione centrale (CPU) viene controllata dal software. Le formalizzazioni all’avanguardia dell’ISA non specificano in modo esplicito le proprietà relative alla sicurezza garantite da tale interfaccia. Di conseguenza, si possono facilmente verificare vari attacchi microarchitettonici al canale laterale della cache sulla CPU. Il progetto UniversalContracts, finanziato dall’UE, svilupperà un nuovo approccio per specificare le proprietà legate alla sicurezza dell’ISA. Il progetto si avvarrà dei contratti universali in grado di catturare i limiti superiori imposti dall’ISA sugli effetti del software arbitrario (anche se controllato dall’autore dell’attacco). Questi contratti possono essere applicati a primitive di sicurezza generali, verificate in modo meccanico sulla base della semantica operativa dell’ISA.

Obiettivo

The Instruction Set Architecture (ISA) is the interface that processor hardware offers to software developers. Current ISAs do not explicitly specify the security properties guaranteed by that interface, so that, for example, recent severe micro-architectural side-channel vulnerabilities like Spectre did not even violate the specifications. This project proposes a fundamentally new approach to specify ISA security properties by using what we call universal contracts. These are formal contracts in a compositional program logic that automatically hold for arbitrary code. Such contracts capture ISA-enforced upper bounds on the effects of arbitrary (even attacker-controlled) software. While this approach is widely different from traditional specifications, the approach looks extremely promising: universal contracts can be applied to general security primitives, mechanically verified against the ISA's operational semantics and they make it possible to obtain full-system security proofs by manually verifying only the trusted code of a sytem.

In this project, we will contribute reusable techniques and tools for applying universal contracts in realistic ISAs. To this end, we will (1) design, prove and evaluate universal contracts for ISAs with state-of-practice security primitives, (2) develop semi-automation machinery for verifying universal contracts of ISAs, (3) extend universal contracts to deal with semantic complications like concurrency or micro-architectural side-channels and (4) design, implement and evaluate techniques which facilitate the construction of trusted software that relies on universal contracts, particularly assembly-level reasoning support and secure compilers. If successful, the project has the potential to fundamentally improve the security foundations of all software-based systems, by (1) clearly dividing the security responsibilities between hardware and software developers and (2) enabling scalable, rigorous, full-system security proofs.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

Parole chiave

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) ERC-2021-STG

Vedi tutti i progetti finanziati nell’ambito del bando

Istituzione ospitante

KATHOLIEKE UNIVERSITEIT LEUVEN
Contributo netto dell'UE
€ 1 500 000,00
Indirizzo
OUDE MARKT 13
3000 Leuven
Belgio
Regione
Vlaams Gewest Prov. Vlaams-Brabant Arr. Leuven
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
€ 1 500 000,00

Beneficiari (1)