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Arm架构的分支预测器隐蔽信道研究
1
作者 杨毅 吴凭飞 +7 位作者 邱朋飞 王春露 赵路坦 张锋巍 王博 吕勇强 王海霞 汪东升 《信息安全学报》 2025年第1期1-16,共16页
隐蔽信道是一种在不违背计算机当前安全策略的前提下,在进程间传递信息的攻击方式。共两个进程参与到隐蔽信道的构建中:木马进程和间谍进程,具有高权限的木马进程通过隐蔽信道向低权限的间谍进程传递信息以完成攻击。隐蔽信道的传输介... 隐蔽信道是一种在不违背计算机当前安全策略的前提下,在进程间传递信息的攻击方式。共两个进程参与到隐蔽信道的构建中:木马进程和间谍进程,具有高权限的木马进程通过隐蔽信道向低权限的间谍进程传递信息以完成攻击。隐蔽信道的传输介质种类很多,如时间、功耗、温度等。在现代处理器中,分支预测器作为重要的微架构组件,有效提高了处理器的流水线效率,但由于分支预测器在核内的多进程间共享,使得其存在被用于构建隐蔽信道的风险。目前Intel x86架构已被发现存在基于分支预测器的隐蔽信道攻击,但是Arm架构是否存在相似的攻击还没有得到充分的研究。本文中,我们成功在Arm架构的实际硬件平台上构建了三种基于分支预测器的隐蔽信道。首先我们在Arm架构下设计并实现了类似于x86架构下的基于分支预测器的隐蔽信道CC和RSC,其次我们发现了一个新的基于分支预测组件BTB的隐蔽信道BTBC。我们评估并分析了隐蔽信道参数对信道性能的影响及其成因,并给出参数设置建议。在Cortex-A53及Cortex-A72两种核心上,我们对三种隐蔽信道的信号特性、传输速率和误码率进行了测试和对比分析。实验表明在实际的Arm架构硬件平台下,BTBC的传输信号边缘清晰,震荡幅度小。在连续传输数据时表现出与CC和RSC近似的信道性能,并且在两种核心上均可以低误码率进行数据传输,其在200bps的传输速率下,仅有2%的误码率。最后我们还给出了对于此类隐蔽信道的防御措施。 展开更多
关键词 ARM架构 分支预测器 隐蔽信道
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基于xorHash的RISC-V分支预测器设计
2
作者 苗恒 曲英杰 《电子设计工程》 2024年第24期58-62,67,共6页
处理器的高速发展对分支预测器准确度要求越来越高,通过研究RISC-V处理器中分支预测器微架构,设计了基于xorHash的分支预测器;在基于xorHash的分支预测器中,使用改进后的xorHash算法对分支跳转指令进行散列处理,降低了别名发生概率,并... 处理器的高速发展对分支预测器准确度要求越来越高,通过研究RISC-V处理器中分支预测器微架构,设计了基于xorHash的分支预测器;在基于xorHash的分支预测器中,使用改进后的xorHash算法对分支跳转指令进行散列处理,降低了别名发生概率,并提高了预测准确率;将分支预测器接入RISC-V五级流水线架构,利用Verilator仿真验证了改进后的分支预测器的准确率,通过板级测试评估了其性能;结果表明,分支预测器在运行CoreMark时准确率达到99.57%,在运行Dhrystone时准确率达到97.57%。 展开更多
关键词 RISC-V 处理器 分支预测器 xorHash BTB
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一种gshare分支预测器的低功耗设计方法 被引量：7
3
作者 武萌 沈海斌 《微电子学与计算机》 CSCD 北大核心 2007年第3期200-202,206,共4页
功耗与性能在高端嵌入式计算系统中都是非常重要的设计指标。基于深度流水处理器中所使用的动态分支预测器的微结构特点,提出了一种利用分页技术来有效的降低gshare分支预测器的功耗的设计方法,详细分析了分支预测器的大小、分页数以及... 功耗与性能在高端嵌入式计算系统中都是非常重要的设计指标。基于深度流水处理器中所使用的动态分支预测器的微结构特点,提出了一种利用分页技术来有效的降低gshare分支预测器的功耗的设计方法,详细分析了分支预测器的大小、分页数以及功耗、面积之间的内在关系。 展开更多
关键词 分支预测器 低功耗 嵌入武处理器
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改进的基于O-GEHL预测技术的EDGE块预测器 被引量：1
4
作者 苟鹏飞 王诗博 +1 位作者 杨兵 喻明艳 《电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第2期305-310,共6页
块预测器赋予了EDGE体系结构高效的控制流推测能力。针对基于O-GEHL预测技术的块预测器的缺点,提出了两种改进策略:1)无选择器的O-GEHL出口预测;2)直接使用OGEHL预测器的二值预测能力单独对每个出口进行预测。性能评价结果表明,无选择器... 块预测器赋予了EDGE体系结构高效的控制流推测能力。针对基于O-GEHL预测技术的块预测器的缺点,提出了两种改进策略:1)无选择器的O-GEHL出口预测;2)直接使用OGEHL预测器的二值预测能力单独对每个出口进行预测。性能评价结果表明,无选择器的O-GEHL出口预测方案比文献[4]中的O-GEHL块预测器性能平均提高0.7%;对8个出口分别使用二值O-GEHL预测器进行预测的方案,在硬件资源较多时,性能提高3%;只对前4个出口采用二值O-GEHL预测器的方案,性能平均提高2%。 展开更多
关键词 块预测器 分支预测器 EDGE体系结构 出口预测 O-GEHL预测技术 性能评估
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嵌入式处理器中分支目标缓冲器的研究与设计 被引量：1
5
作者 王晨旭 张凯峰 +1 位作者 张祥建 喻明艳 《微电子学与计算机》 CSCD 北大核心 2012年第1期27-31,共5页
针对嵌入式应用的特点,设计了一种基于RAM比较TAG的分支目标缓冲器(BTB),并通过硬件模拟方法(BTB控制逻辑用RTL实现,存储体用定制逻辑实现)研究BTB结构参数对BTB的性能、能耗以及对整个处理器系统的性能和能耗的影响,根据仿真结果选取... 针对嵌入式应用的特点,设计了一种基于RAM比较TAG的分支目标缓冲器(BTB),并通过硬件模拟方法(BTB控制逻辑用RTL实现,存储体用定制逻辑实现)研究BTB结构参数对BTB的性能、能耗以及对整个处理器系统的性能和能耗的影响,根据仿真结果选取应用于嵌入式处理器的最优BTB结构参数.根据该参数,进一步设计基于CAM比较TAG的BTB,经SPEC2000评测,相对于基于RAM比较TAG的BTB,基于CAM比较TAG的BTB可使功耗降低37.17%. 展开更多
关键词 分支目标缓冲器 分支预测器 嵌入式处理器 硬件模型
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分支指令特性与分支预测器的性能研究 被引量：1
6
作者 喻明艳 张祥建 王晨旭 《微电子学与计算机》 CSCD 北大核心 2010年第6期8-12,共5页
根据分支指令的特性,分析了分支行为与分支预测技术对单发射嵌入式处理器CPI栈(CPI stacks)组成的影响,并在RTL级设计了分支预测器的时序精确模型,通过硬件模拟方法对分支指令特性和分支预测器的性能进行了研究.实验考察了分支指令在分... 根据分支指令的特性,分析了分支行为与分支预测技术对单发射嵌入式处理器CPI栈(CPI stacks)组成的影响,并在RTL级设计了分支预测器的时序精确模型,通过硬件模拟方法对分支指令特性和分支预测器的性能进行了研究.实验考察了分支指令在分支预测器命中或缺失时的不同跳转统计特性,验证了分支预测器对CPI栈影响的理论推导,为单发射嵌入式处理器中分支预测器的设计与优化提供了精确的实验依据. 展开更多
关键词 CPI栈 分支预测器 单发射嵌入式处理器 硬件模型
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基于转移指令特性的动态翻译算法 被引量：2
7
作者 李战辉 孟建熠 +1 位作者 陈志坚 严晓浪 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第2期173-177,183,共6页
针对传统方法统一转译转移指令导致翻译器效率较低的问题,基于转移目标地址在函数内外的不同特征,提出了直接映射和指令类型转译策略组合的动态翻译方法.对函数内转移指令,直接采用目标架构中对应的分支指令进行映射,通过转移前后指令... 针对传统方法统一转译转移指令导致翻译器效率较低的问题,基于转移目标地址在函数内外的不同特征,提出了直接映射和指令类型转译策略组合的动态翻译方法.对函数内转移指令,直接采用目标架构中对应的分支指令进行映射,通过转移前后指令翻译码的无缝链接,高效转译了条件分支指令,且无需生成源寄存器到内存同步指令;对函数间转移指令,区别对待函数转移和其他转移指令,通过将源程序函数转移指令属性继承给翻译码以提高目标机转移预测器准确率.基于EEMBC(Embedded Microprocessor Benchmark Consortium)测试基准的实验表明,该方法使转移指令翻译码执行指令数平均减少58.9%,转移预测器命中率平均提高80.7%,翻译器整体性能提高12.3%. 展开更多
关键词 动态翻译 转移指令 直接映射 转移预测器
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“龙腾R”微处理器分支处理单元的研究与设计 被引量：2
8
作者 鄢国丰 张盛兵 黄小平 《微电子学与计算机》 CSCD 北大核心 2010年第6期122-127,共6页
"龙腾R"是西北工业大学自主研制的32位高性能微处理器.该处理器的分支处理单元(BPU)能有效降低控制相关带来的延迟.通过分析已有的分支方向预测算法和分支目标地址预测策略,在分支处理单元总体约束下,合理分配分支方向预测和... "龙腾R"是西北工业大学自主研制的32位高性能微处理器.该处理器的分支处理单元(BPU)能有效降低控制相关带来的延迟.通过分析已有的分支方向预测算法和分支目标地址预测策略,在分支处理单元总体约束下,合理分配分支方向预测和目标地址预测的实现代价,提出了一种基于混合分支预测器和经过改进的目标地址缓冲(BTB)结构的分支处理单元结构.该结构不仅比传统的由gshare分支方向预测器构成的分支处理单元预测准确率平均高出1%～2%,并具有面积小、功耗低的特点. 展开更多
关键词 分支预测 分支处理 混合分支预测器 目标地址缓冲
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一种基于双模结构的预测器 被引量：2
9
作者 陈恺冬 史江一 郝跃 《微电子学与计算机》 CSCD 北大核心 2008年第5期110-113,共4页
分支预测是限制微处理器性能提高的一个重要因素,因此也一直是微处理器设计研究的重点.文中提出了一种对动态两级自适应分支预测进行改进的新方法,即基于双模结构的双模预测器.它能同时根据指令转移间相关和转移内相关进行转移预测,从... 分支预测是限制微处理器性能提高的一个重要因素,因此也一直是微处理器设计研究的重点.文中提出了一种对动态两级自适应分支预测进行改进的新方法,即基于双模结构的双模预测器.它能同时根据指令转移间相关和转移内相关进行转移预测,从而获得更高的转移预测精度. 展开更多
关键词 分支预测 转移间相关 转移内相关 双模预测器
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基于CNN的间接分支预测器分析
10
作者 裴清辰 周晶 王永文 《集成电路应用》 2022年第9期9-13,共5页
阐述在CPU分支预测器对间接跳转进行预测时,大量的预测失效往往是由少数指令造成的。传统的分支预测器难以对这些指令进行有效预测。探讨BranchNet预测器,提出了基于CNN的间接跳转指令分支预测器。该预测器使用特定的分支路径数据进行训... 阐述在CPU分支预测器对间接跳转进行预测时,大量的预测失效往往是由少数指令造成的。传统的分支预测器难以对这些指令进行有效预测。探讨BranchNet预测器,提出了基于CNN的间接跳转指令分支预测器。该预测器使用特定的分支路径数据进行训练,从而能针对单一的低准确率指令的进行优化,降低预测失效率。实验结果显示,基于CNN的预测器使预测失效率平均降低了10.2%,预测器准确度有明显提升。 展开更多
关键词 分支预测器 间接分支指令 卷积神经网络 静态预测
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