【论文分享】PHMon: A Programmable Hardware Monitor and Its Security Use Cases
本次分享的论文被收录于2020的USENIX Security。
1. Contribution
文章提出了一个可编程硬件监视器，它能监视用户定义的事件，并执行相应的操作。PHMon用于厂商在为硬件设计专用功能之前对其进行评估。
文章提供了硬件设计、内核修改支持、软件接口、和四个利用PHMon实现的use case：1. 影子栈 2.防止信息泄露 3.加速afl-fuzz 4.利用硬件实现watch point。
2. PHMon硬件设计：
PHMon的硬件设计分为三个模块：跟踪单元（TU）、匹配单元（MU）、行动单元（AU）。
TU在CPU写回阶段收集处理器的指令执行数据。
MU检查TU发送过来的数据，找到与事件匹配的数据，并且写入队列中。每个MU与CFU配对，其中CFU存储的是：一旦MU检测到匹配成功将执行的动作序列。
AU根据程序员的配置来采取后续行动。它包括ALU操作、访存操作、中断。ALU中有一个重要的单元：control unit，他主要包括从队列中取包，并且找到MU对应的CFU，并执行操作。
举例来说，我们想使用PHMon想实现一个影子栈，用户需要自定义一些事件和动作序列。这里事件指的是：匹配所有返回指令和call指令；动作序列指的是往影子栈中写当前pc值、然后栈++。
3.OS修改支持
1.在启动线程时候通过文件名字来配置需要监视的进程。
2.在上下文切换期间维护PHMon信息。
3.中断处理程序。
以及bootloader中将中断委派给操作系统和配置mstatus以支持自定义指令。
4.软件接口
PHMon使用RISC-V指令集中的扩展自定义的指令来配置PHMon的MU和CFU，以及与PHMon通信。具体看代码里面的komodo.c。
5.参考
[1] https://github.com/bu-icsg/PHMon
原文始发于微信公众号（COMPASS Lab）：【论文分享】PHMon
