Fuites d'information dans les processeurs récents et applications à la virtualisation

par Clémentine Maurice

Thèse de doctorat en Informatique et réseaux

Sous la direction de Christoph Neumann et de Aurélien Francillon.

Le président du jury était Thomas Jensen.

Le jury était composé de Stefan Mangard, Pierre Paradinas, Olivier Heen.

Les rapporteurs étaient Gildas Avoine, Jean-Pierre Seifert.


  • Résumé

    Dans un environnement virtualisé, l'hyperviseur fournit l'isolation au niveau logiciel, mais l'infrastructure partagée rend possible des attaques au niveau matériel. Les attaques par canaux auxiliaires ainsi que les canaux cachés sont des problèmes bien connus liés aux infrastructures partagées, et en particulier au partage du processeur. Cependant, ces attaques reposent sur des caractéristiques propres à la microarchitecture qui change avec les différentes générations de matériel. Ces dernières années ont vu la progression des calculs généralistes sur processeurs graphiques (aussi appelés GPUs), couplés aux environnements dits cloud. Cette thèse explore ces récentes évolutions, ainsi que leurs conséquences en termes de fuites d'information dans les environnements virtualisés. Premièrement, nous investiguons les microarchitectures des processeurs récents. Notre première contribution est C5, un canal caché sur le cache qui traverse les coeurs d'un processeur, évalué entre deux machines virtuelles. Notre deuxième contribution est la rétro-ingénierie de la fonction d'adressage complexe du dernier niveau de cache des processeurs Intel, rendant la classe des attaques sur les caches facilement réalisable en pratique. Finalement, dans la dernière partie nous investiguons la sécurité de la virtualisation des GPUs. Notre troisième contribution montre que les environnements virtualisés sont susceptibles aux fuites d'informations sur la mémoire d'un GPU.

  • Titre traduit

    Information leakage on shared hardware : evolutions in recent hardware and applications to virtualization


  • Résumé

    In a virtualized environment, the hypervisor provides isolation at the software level, but shared infrastructure makes attacks possible at the hardware level. Side and covert channels are well-known issues of shared hardware, and in particular shared processors. However, they rely on microarchitectural features that are changing with the different generations of hardware. The last years have also shown the rise of General-Purpose computing on Graphics Processing Units (GPGPU), coupled to so-called cloud environments. This thesis explores these recent evolutions and their consequences in terms of information leakage in virtualized environments. We first investigate the recent processor microarchitectures. Our first contribution is C5, a cross-core cache covert channel, evaluated between virtual machines. Following this work, our second contribution is the reverse engineering of the complex addressing function of the last-level cache of Intel processors, rendering the class of cache attacks highly practical. In the last part, we investigate the security of GPU virtualization. Our third contribution shows that virtualized environments are susceptible to information leakage from the GPU memory.


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