[发明专利]链式哈希栈的影子缓存优化方法和装置

说明书

本发明实施例提供的链式哈希栈的影子缓存优化方法和装置，添加了一个影子缓存表，当调用子函数时，保存子函数头部哈希运算的输入(返回地址和哈希值)，记录该项为有效，然后指针指向最近更新的缓存项的下一项。当函数返回时，查询最近一次有效的缓存项。如果此时的输入(从栈中取出的返回地址和哈希值)与影子缓存最新的有效项相同，则不需要进行哈希计算，而是直接用影子缓存表中的缓存项来更新top寄存器，然后将影子缓存表中的该项缓存置为无效。这种方法能够加速函数体尾部对栈中返回地址和哈希值的校验，减少流水线停顿。

技术领域

本发明实施例涉及链式哈希栈技术领域，尤其涉及一种链式哈希栈的影子缓存优化方法和装置。

背景技术

链式哈希栈是一种新型的保护函数返回地址的防御手段。它在硬件上添加了两个寄存器top和salt，top用来保存哈希值，salt用来保存哈希函数的密钥。当调用函数时，把哈希值和返回地址依次压入栈中。然后把密钥、哈希值和返回地址一起做哈希运算，运算结果用来更新top寄存器的值。在函数返回时，把哈希值和返回地址一同弹出栈，并做哈希运算。运算结果与top寄存器中的值做对比。如果不同，则抛出一个异常；如果相同，则用栈中的哈希值更新top寄存器，返回到父函数中。

链式哈希栈的安全性极高，即使攻击者能任意读写内存地址空间，也无法绕过这种防御机制。然而，当哈希函数的运算周期增大时，它的性能损耗会急剧地加大。例如，当一次哈希运算需要80个时钟周期时，它的性能损耗大约为20％，限制了它的实用性。

发明内容

本发明实施例提供链式哈希栈的影子缓存优化方法和装置，用以加速函数体尾部的哈希运算，减少流水线停顿的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种链式哈希栈的影子缓存优化方法，包括：

链式哈希栈在调用函数并更新top寄存器值时，将所述函数头部哈希运算的输入项作为缓存项保存在影子缓存表中；

链式哈希栈在返回函数时，查询最近的缓存项，若此时返回的函数的输入项与影子缓存表中的缓存项相同，则不需要再进行哈希运算，通过影子缓存表中的缓存项来更新top寄存器值。

作为优选的，所述影子缓存表包括head指针、valid位、old_hash和 ret_addr；

所述head指针用于指向当前函数体对应的缓存项的下一项；

所述valid位用于表示当前缓存项是否有效；

所述old_hash为进入函数时的top寄存器值；

所述ret_addr为函数的返回地址。

作为优选的，将所述函数头部哈希运算的输入项作为缓存项保存在影子缓存表中，具体包括：

将哈希运算的输入old_hash和输入ret_addr作为缓存项分别保存到影子缓存表的old_hash和ret_addr中，并将对应缓存项的valid位置为1，然后head 指针+1，移动到下一项缓存项。

作为优选的，若此时返回的函数的输入项与影子缓存表中的缓存项相同，则不需要再进行哈希运算，具体包括：

校验从链式哈希栈中读取出的top寄存器值和返回地址，若判断获知此时影子缓存表中head-1指针项valid位为1，且top寄存器值和返回地址与valid 位为1时对应的old_hash和ret_addr相等，则不需要进行本次哈希计算；

当哈希值的更新运算还未结束时，若校验运算已进入流水线，则不停顿流水线，终止正在进行的哈希值更新运算，通过影子缓存表对比校验。

作为优选的，通过影子缓存表中的缓存项来更新top寄存器值，具体包括：

通过old_hash来更新top寄存器值，head指针-1。