In den letzten Jahrzehnten hat sich die Digitalisierung zu einem festen Bestandteil des täglichen Lebens entwickelt. Die Komplexität von Computersystemen hat ebenfalls zugenommen. Neue Geschäftsmodelle sind entstanden, um die Auslastung und die Wartungskosten zu optimieren, aber die damit verbundene Einführung neuer Sicherheitsbedrohungen wird häufig vernachlässigt. Cloud Computing hat sich als wichtiger Bestandteil der modernen IT-Infrastruktur etabliert trotz der potenziellen Sicherheitsrisiken, die mit seiner allgegenwärtigen Nutzung verbunden sind.
Eine verbreitete Bedrohung in der Cloud und anderen komplexen Systemen, die auf die Verwendung gemeinsam genutzter Ressourcen angewiesen sind, resultiert aus der Ausnutzung von Seitenkanälen. Diese Bedrohung ist seit Jahrzehnten bekannt, aber ihre Relevanz hat mit der zunehmenden Popularität von Cloud-Diensten zugenommen. In diesem Kontext kann der Cache als Seitenkanal genutzt werden, um die Datenübertragung zwischen Gegnern bei einem verdeckten Kanalangriff oder Datenexfiltration von einem Opfer bei einem Seitenkanalangriff zu ermöglichen. Da für die Verwendung des Caches keine Berechtigungen erforderlich
sind, gestaltet sich die Bekämpfung der Bedrohung durch einen solchen Exploit als herausfordernd.
Vor diesem Hintergrund zielt diese Dissertation darauf ab, die Systemsicherheit zu verbessern, indem cache-basierte Seitenkanalangriffe berücksichtigt werden. Wir entwickeln eine Klassifizierung bestehender Angriffe, indem wir ihre Durchführbarkeit
in Abhängigkeit vom Kontext der Ausführungsumgebung untersuchen
und ein Modell erstellen, das den CPU-Schedulingeffekt auf die Ausnutzbarkeit des Core-Private-Cache einschließt. Um die Besonderheiten der Erkennung von Cache-Exploits zu untersuchen, definieren wir Gefährdungsindikatoren und untersuchen deren Korrelation mit dem Erfolg eines Core-Private-Cache-Angriff. Um
die Auswirkung der Hypervisor-Scheduling-Konfiguration auf die Ausnutzbarkeit des Core-Private-Cache zu berücksichtigen, wird der Angriffserfolg unter Variation der Hypervisor-Scheduling-Parameter empirisch bewertet. Mithilfe von Software-Events und Performance Counters entwickeln wir einen zuverlässigen Erkennungsmechanismus, der auf das Auffinden aktueller Seitenkanalangriffe zugeschnitten ist.
Die in der Dissertation vorgestellten Ergebnisse zeigen, dass durch die Verwendung bewusst ausgewählter Gefährdungsindikatoren zusammen mit einer umfassenden Analyse die Systemsicherheit in Bezug auf die Cache-Ausnutzbarkeit erheblich verbessert werden kann. | German |