[发明专利]基于GPU的隐藏通道的研究方法

说明书

本发明涉及到GPU安全领域，具体内容涉及到基于GPU隐藏通道的研究方法。本发明的方法包括：利用GPU的全局内存建立隐藏通道，首先建立全局内存上的共同驻留，然后利用全局内存中的原子操作的明显时差搭建隐藏通道；建立同步数据传输机制保证隐藏通道数据传输可靠性，首先发送方和接收方先建立连接，双方互相确认之后再进行数据传输；传输图片文件的方法，先将图片文件转换成二进制文件，然后读取二进制文件内容进行数据传输。以上方法可以实现完整的图片文件传输。

技术领域

本发明涉及到GPU安全领域，具体内容涉及到利用GPU的全局内存建立隐藏通道，保证隐藏通道数据传输可靠性，以及传输图片文件的方法。

背景技术

通用图像处理单元(GPGPU)存在于大多数现代计算平台中，同时它们也越来越多地作为计算资源集成到集群，数据中心和基础架构中，使得它们成为可能被攻击的目标。本方法主要是针对GPGPU上的隐藏通道攻击方法的研究，并且GPGPU为隐藏通道提供了许多有吸引力的属性。从硬件方面考虑，现代GPGPU由许多可编程流式多处理器(SM或SMX)组成，流式多处理器是GPU的计算核心，每个SM中包含一些共享资源和执行单元，它们可以共同访问共享的全局设备存储器。从软件方面考虑，本方法用到的GPGPU平台是CUDA，CUDA的并行计算函数称为kernel，kernel由大量的thread组成，thread以Grid形式组织，每个Grid又由若干个block组成，每个block都有一个专用的共享内存区域，用于执行线程间通信和数据传输。

kernel可以被分配给一个或多个SM的一个或多个block。每个块由许多线程组成，这些线程被分组为通常使用单指令多线程(SIMT)模型一起调度的32个线程的warp。warp被分配给SM上通常很少的warp调度程序之一。在每个周期中，每个warp调度程序可以向可用内核发出一个或多个指令。根据架构的不同，每个SM都有许多不同类型的kernel，例如单精度内核，双精度内核和特殊功能单元。根据可用内核的数量，指令需要一个或多个周期才能发布，但内核采用大量流水线操作，因此可以在不同周期内继续向它们发出新指令。分配给同一SM的warp将竞争访问处理核心。同样，分配给相同warp调度器的线程可以竞争调度器的传输带宽。

全局内存是CUDA中的可读写内存，每个线程都有独立的寄存器和local memory，同一个block的所有线程共享一个共享内存，而全局内存是所有线程都可以访问的，因此全局内存有很高的带宽，在高端的CUDA卡上控制读写通常会超过100G/S。基于以上原因，选择用全局内存来搭建隐藏通道。

隐藏通道可定义为系统中不受安全策略控制的、范围安全策略的信息泄露的通道。隐藏通道由发送方和接收方组成，双方之间进行秘密地未授权通信。隐藏通道的基础是内存访问的时间差异。其原理是发送方和接收方访问同一内存区域，接收方通过自身访问时间的长短来判断发送方传递的信息。

隐藏通道攻击可以使没有网络访问的恶意应用程序将数据传输到另一个应用程序使得泄露设备数据。同时，隐藏通道可用于绕过跟踪敏感信息曝光的保护措施，如沙箱或信息流跟踪，允许敏感数据逃离遏制。目前隐藏通道已在高速缓存、共享内存、纹理内存上进行了搭建，全局内存是GPU内存中最大的一块区域，在全局内存上搭建隐藏通道将有利于提高隐藏通道传输带宽。同时所有线程都能访问全局内存，在一定程度上提高了隐藏通道攻击的危险性。

发明内容

首先对选择GPU全局内存搭建隐藏通道的原因进行说明，详细介绍搭建隐藏通道的步骤和实现过程。隐藏通道传输信息要求数据进行同步传输，由此建立同步数据传输机制。最后应用隐藏通道传输图片信息。

1、基于全局内存建立隐藏通道的方法