Exécution sécurisée de plusieurs machines virtuelles sur une plateforme Manycore

par Clément Dévigne

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Alain Greiner et de Franck Wajsbürt.

Soutenue le 06-07-2017

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Informatique, télécommunications et électronique (Paris) , en partenariat avec Laboratoire d'Informatique de Paris 6 (laboratoire) .

Le président du jury était Sébastien Pillement.

Le jury était composé de Bertrand Granado, Pascal Benoit, Quentin Meunier.

Les rapporteurs étaient Daniel Chillet, Fabienne Uzel-Nouvel.


  • Résumé

    Les architectures manycore, qui comprennent un grand nombre de cœurs, sont un moyen de répondre à l'augmentation continue de la quantité de données numériques à traiter par les infrastructures proposant des services de cloud computing. Ces données, qui peuvent concerner des entreprises aussi bien que des particuliers, sont sensibles par nature, et c'est pourquoi la problématique d'isolation est primordiale. Or, depuis le début du développement du cloud computing, des techniques de virtualisation sont de plus en plus utilisées pour permettre à différents utilisateurs de partager physiquement les mêmes ressources matérielles. Cela est d'autant plus vrai pour les architectures manycore, et il revient donc en partie aux architectures de garantir la confidentialité et l'intégrité des données des logiciels s'exécutant sur la plateforme. Nous proposons dans cette thèse un environnement de virtualisation sécurisé pour une architecture manycore. Notre mécanisme s'appuie sur des composants matériels et un logiciel hyperviseur pour isoler plusieurs systèmes d'exploitation s'exécutant sur la même architecture. L'hyperviseur est en charge de l'allocation des ressources pour les systèmes d'exploitation virtualisés, mais ne possède pas de droit d'accès sur les ressources allouées à ces systèmes. Ainsi, une faille de sécurité dans l'hyperviseur ne met pas en péril la confidentialité ou l'intégrité des données des systèmes virtualisés. Notre solution est évaluée en utilisant un prototype virtuel précis au cycle et a été implémentée dans une architecture manycore à mémoire partagée cohérente. Nos évaluations portent sur le surcoût matériel et sur la dégradation en performance induits par nos mécanismes. Enfin, nous analysons la sécurité apportée par notre solution.

  • Titre traduit

    Executing secured virtual machines within a Manycore architecture


  • Résumé

    Manycore architectures, which comprise a lot of cores, are a way to answer the always growing demand for digital data processing, especially in a context of cloud computing infrastructures. These data, which can belong to companies as well as private individuals, are sensitive by nature, and this is why the isolation problematic is primordial. Yet, since the beginning of cloud computing, virtualization techniques are more and more used to allow different users to physically share the same hardware resources. This is all the more true for manycore architectures, and it partially comes down to the architectures to guarantee that data integrity and confidentiality are preserved for the software it executes. We propose in this thesis a secured virtualization environment for a manycore architecture. Our mechanism relies on hardware components and a hypervisor software to isolate several operating systems running on the same architecture. The hypervisor is in charge of allocating resources for the virtualized operating systems, but does not have the right to access the resources allocated to these systems. Thus, a security flaw in the hypervisor does not imperil data confidentiality and integrity of the virtualized systems. Our solution is evaluated on a cycle-accurate virtual prototype and has been implemented in a coherent shared memory manycore architecture. Our evaluations target the hardware and performance overheads added by our mechanisms. Finally, we analyze the security provided by our solution.


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