EncDBDB: Searchable Encrypted, Fast, Compressed, In-Memory Database using Enclaves
数据机密性是将数据库外包到云时客户的重要要求。可信执行环境（如英特尔SGX）为这种加密问题提供了高效的基于硬件的解决方案。现有的解决方案没有针对面向列的内存数据库进行优化，并且对安全区提出了不切实际的内存要求。我们提出了EncDBDB，一种新的方法，用于客户端控制的面向列的加密，内存中的数据库，允许使用飞地范围搜索。EncDBDB提供了九个加密字典，为数据提供不同的安全性，性能和存储效率权衡。它特别适合于复杂的、面向读取的分析查询，例如，如存在于数据仓库中。与纯文本处理相比，即使对于具有数百万条目的数据库，计算开销也在毫秒内，并且泄漏是有限的。压缩的加密数据比相应的明文列需要更少的空间。此外，安全区中产生的代码和数据非常小，减少了安全相关实现错误和侧通道泄漏的可能性。
2020-02-12 cs.CR
SERVAS! Secure Enclaves via RISC-V Authenticryption Shield
隔离是软件安全的一个长期挑战。传统的特权环和虚拟内存越来越多地被诸如能力、保护密钥和强大的飞地之类的概念所增强。与此同时，我们正在证明对物理保护的需求增加，转向全内存加密方案。这导致了各种安全机制的复杂相互作用，增加了系统架构师和安全分析师的负担。在这项工作中，我们解决了一个新的隔离原语称为authenticryption盾，统一了传统和先进的隔离策略，同时提供未来的可扩展性的挑战。在核心，我们建立在一个认证的内存加密方案，提供加密隔离保证，从而简化了安全推理。我们通过设计和原型制作SERVAS来展示我们方法的多功能性-这是一种针对RISC-V的创新飞地架构。与当前的飞地系统不同，SERVAS促进了高效和安全的飞地内存共享。虽然内存加密构成了主要的开销，但进入或退出SERVAS安全区仅需要3.5倍的简单系统调用，而不是英特尔SGX的71倍。
2021-05-07 cs.CR
Guardian: symbolic validation of orderliness in SGX enclaves
现代处理器可以提供允许进程独立运行的硬件原语。这些原语实现了可信执行环境（TEE），程序可以在其中运行，从而保证其执行的完整性和机密性。英特尔的Software Guard eXtensions（SGX）就是此类原语的一个示例，其独立进程称为\emph{enclaves}。然而，如果飞地没有得到适当的设计，这些保证很容易受到阻挠。它与不受信任的软件栈的接口可以说是对手可以利用的最大攻击面;例如，与不受信任的代码的意外交互可能会使飞地暴露于内存损坏攻击。在本文中，我们提出了一个概念的\emph{orderly}飞地，它的行为分为几个执行阶段，每个阶段施加一组限制访问不可信的内存，相变和寄存器消毒。违反这些限制意味着可能被用来对飞地进行攻击的不良行为。我们还介绍了\Analyser{}：一个工具，使用符号执行来执行安全区的验证，以对抗我们对有序安全区的概念;在这个过程中，它还寻找一些典型的内存损坏漏洞。我们讨论了我们的方法如何可以防止和标记飞地的漏洞，已在文献中确定。此外，我们还评估了我们的方法在分析一些实际飞地时的效果。\Analyser{}能够识别这些安全区上的真正漏洞，这些漏洞已被其维护人员确认并修复。
2021-05-12 cs.AR cs.CR cs.SE
DynSGX: A Privacy Preserving Toolset for Dynamically Loading Functions into Intel(R) SGX Enclaves
英特尔® Software Guard eXtensions（SGX）是一种基于硬件的技术，用于确保敏感数据的安全性，防止其泄露或修改，使用户级应用程序能够分配称为安全区的内存保护区。这样的存储器区域被加密地保护，甚至免受以更高特权级别运行的代码的影响。这种内存保护可用于开发安全可靠的应用程序，但该技术有一些限制：（$i$）安全区的代码在加载时可见，（$ii$）代码使用的库必须静态链接，（$iii$）受保护的内存大小有限，当超过此限制时需要进行页面交换。我们提出了DynSGX，一个隐私保护工具，使用户和开发人员能够动态加载和卸载要在SGX飞地内执行的代码。这种技术使得开发人员可以使用公共云基础设施来运行基于敏感代码和数据的应用程序。此外，我们提出了一系列的实验，评估动态加载的DynSGX执行静态链接的应用程序，无视隐私的飞地代码在加载时相比，应用程序。
2017-10-31 cs.CR
Designing a Provenance Analysis for SGX Enclaves
英特尔SGX支持对存储在称为安全区的用户空间内存区域中的代码和数据进行内存隔离和静态完整性验证。SGX有效地屏蔽了底层不受信任的操作系统对安全区的执行。攻击者无法篡改或检查安全区的内容。然而，这些属性同样挑战捍卫者，因为它们被排除在任何来源分析之外，无法推断新交所飞地内的入侵。在这项工作中，我们提出了SgxMonitor，一种新的起源分析，以监测和识别异常执行的飞地代码。为此，我们设计了一种技术，从一个飞地提取上下文运行时信息，并提出了一种新的模型来表示飞地的入侵。我们的实验表明，不仅SgxMonitor会产生与传统出处工具相当的开销，而且它还表现出宏基准的开销和速度减慢，这对实际用例部署的影响很小。我们的评估表明，SgxMonitor成功地识别了最先进的攻击所进行的飞地入侵，同时在正常的飞地执行过程中没有误报和漏报，从而支持在现实场景中使用SgxMonitor。
2022-06-15 cs.CR
Secure Scattered Memory: Rethinking Secure Enclave Memory with Secret Sharing
University of Notre Dame（圣母大学）；Wuhan University（武汉大学）
安全分散内存通过多项式秘密分享替代传统加密，实现更高效的安全内存保护，性能优于现有方案。
2026-02-11 cs.AR cs.CR
PRISM: Lightweight Enclave Isolation with Prismatic Capabilities
Ericsson Security Research（爱立信安全研究）；University of Waterloo（滑铁卢大学）；KTH Royal Institute of Technology（瑞典皇家理工学院）；Ericsson Product Security（爱立信产品安全）
PRISM是用于CHERI的TEE架构，通过引入棱柱能力解决现有CHERI构建TEE的四大问题，用户空间飞地执行开销≤15%，优于Intel SGX。
2026-08-28 cs.CR
Adaptive and Efficient Dynamic Memory Management for Hardware Enclaves
本文针对 SGX2 的 EDMM 特性直接采用导致执行变慢的问题，基于 Gramine library OS 提出一系列优化，有效消除其开销并保留性能与灵活性收益。
2025-05-31 cs.CR cs.OS
EnclaveDom: Privilege Separation for Large-TCB Applications in Trusted Execution Environments
可信执行环境（TEE）（如英特尔SGX）在内存中提供硬件隔离的执行区域，称为安全区。通过仅运行安全区中最受信任的应用程序组件，TEE使开发人员能够最大限度地减少其应用程序的TCB，从而帮助保护敏感的应用程序数据。然而，将现有应用程序移植到TEE通常需要相当大的重构工作，因为TEE为标准OS功能提供了受限的接口。为了简化开发工作，TEE应用开发人员通常选择在提供完整的飞地内OS接口的库OS容器中运行其未修改的应用。然而，这种大TCB开发方法现在使敏感的内部飞地数据暴露于导入应用程序的第三方代码中的潜在错误或漏洞。重要的是，因为TEE libOS和应用在相同的飞地地址空间中运行，所以甚至libOS管理数据结构（例如，文件描述符表）可能易受攻击，其中在传统OS中，这些数据结构可以经由特权隔离来保护。我们提出了EnclaveDom，大型TCB TEE应用程序的特权分离系统，将飞地划分为标记的内存区域，并在各个飞地功能的粒度上执行每个区域的访问规则。EnclaveDom在英特尔SGX上实施，使用内存保护密钥（MPK）进行内存标记。为了评估EnclaveDom的安全性和性能影响，我们将EnclaveDom与Graphene-SGX库操作系统集成。虽然没有产品或组件可以绝对安全，但我们的原型有助于保护内部libOS管理数据结构免受应用程序级代码的篡改。在每次libOS系统调用时，EnclaveD…
2020-06-18 cs.CR cs.OS
An Off-Chip Attack on Hardware Enclaves via the Memory Bus
本文展示了攻击者如何利用基于窥探内存总线的片外攻击--入侵者攻击器来破坏硬件飞地的机密性。具有物理访问的攻击者可以观察未加密的地址总线并提取受害者的细粒度内存访问模式。攻击者在本质上不同于先前对飞地的片上攻击，并且更难以挫败。我们强调了几个挑战，为企业家。首先，DRAM请求仅在末级高速缓存未命中时在存储器总线上可见。其次，攻击需要对受害者产生最小的干扰或开销，以防止检测到攻击。最后，攻击者需要对虚拟、物理和DRAM地址之间的转换进行逆向工程，以执行强大的攻击。我们介绍了三种技术，关键页白名单，高速缓存挤压，和基于Oracle的模糊匹配算法，以增加缓存未命中的内存访问是有用的攻击，没有检测到的干扰受害者，并转换为敏感数据的内存访问。我们在英特尔SGX CPU上演示了如何从Hunspell和Memcached两个应用程序中泄漏机密数据。我们表明，一个单一的不间断运行的受害者可以泄漏大部分的敏感数据，具有很高的准确性。
2019-12-03 cs.CR
TEEMATE: Fast and Efficient Confidential Container using Shared Enclave
本文提出 TeeMate，一种通过共享 enclave 内存和线程原语来降低机密容器启动延迟与内存开销的新方法，在 Intel SGX 上实现并验证了其显著的性能提升。
2024-11-18 cs.CR
HermiCache: Enclave-Aware Cache Replacement for Trusted Execution Environments
ENSTA（法国国立高等先进技术学校）；Université Bretagne-Sud（南布列塔尼大学）
针对TEE缓存侧信道攻击，提出围栏感知缓存替换策略HermiCache，在RISC-V CVA6内核实现，面积开销仅6%，提供细粒度确定性保护。
2026-09-11 cs.AR cs.CR
Towards Efficiently Establishing Mutual Distrust Between Host Application and Enclave for SGX
自推出以来，SGX已被用于许多应用，例如，安全数据处理。然而，以前的系统通常假设一个受信任的飞地，并忽略了由不受信任的飞地引起的安全问题。例如，可以利用易受攻击的（甚至恶意的）第三方飞地来攻击主机应用程序和系统的其余部分。在本文中，我们提出了一个有效的机制来限制不可信飞地的行为。不可信飞地的威胁来自飞地-主机不对称性。它们可以被滥用来访问其主机应用程序的任意内存区域，在离开安全区后跳转到任何代码位置，并伪造堆栈寄存器来操纵保存的上下文。我们的解决方案打破了这种不对称，并建立主机应用程序和飞地之间的相互不信任。它利用英特尔MPK实现高效的内存隔离，并利用x86单步调试机制在安全区存在时捕获事件。然后，它对跳转目标和栈指针执行完整性检查。我们已经解决了两个实际的挑战，并实现了一个原型系统。多个微基准测试和代表性的真实世界的应用程序的评估证明了我们的系统的效率，与不到4%的性能开销。
2020-10-23 cs.CR cs.OS
Strongly Secure and Efficient Data Shuffle On Hardware Enclaves
减轻对英特尔SGX架构的内存访问攻击是一个重要且开放的研究问题。缓解的一个自然概念是缓存未命中遗忘，这要求在飞地执行期间发出的缓存未命中对敏感数据不敏感。实现了数据混洗计算中的缓存丢失遗忘。所提出的方法是在英特尔SGX/TSX架构上对Melbourne shuffle的遗忘算法进行软件工程，其中事务同步扩展（TSX）用于检测缓存未命中的发生。在系统建设中，我们提出了软件技术，预取内存数据之前的TSX交易，以抵御物理总线窃听攻击。我们的评估的基础上实际实现表明，我们的系统实现了优越的性能和较低的事务中止率比现有文献中的相关工作。
2017-11-12 cs.CR
Efficiently Hardening SGX Enclaves against Memory Access Pattern Attacks via Dynamic Program Partitioning
众所周知，英特尔SGX易受一类利用内存访问模式侧通道的实际攻击，尤其是页面错误攻击和缓存计时攻击。一种有前途的加固方案是将应用程序包装在英特尔TSX支持的硬件事务中，在意外的缓存未命中和中断时将控制权返回给软件，以便可以检测和缓解利用这些微架构事件的现有侧信道攻击。然而，现有的硬化方案仅扩展到小数据计算，典型的工作集小于一次或几次（例如，$8$次）。这项工作解决了英特尔SGX安全区针对内存访问模式侧通道的安全加固方案的数据可扩展性和性能效率。关键的见解是，目标计算中TSX事务的大小至关重要，无论是性能还是安全性。与现有的设计不同，这项工作动态分区的目标计算，扩大交易，同时避免中止，从而降低性能开销和提高侧通道的安全性。我们实现了动态分区方案，并建立了一个C++库，在运行时监控和建模缓存利用率。我们进一步使用该库构建了一个数据分析系统，并实现了各种外部不经意算法。性能评估表明，我们的工作可以有效地增加事务的大小和减少执行时间高达两个数量级相比，国家的最先进的解决方案。
2022-12-27 cs.CR
Leaky Cauldron on the Dark Land: Understanding Memory Side-Channel Hazards in SGX
SKLOIS, Institute of Information Engineering, Chinese Academy of Sciences（中国科学院信息工程研究所）；Indiana University Bloomington（印第安纳大学伯明顿分校）；The Ohio State University（俄亥俄州立大学）；University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
本文揭示SGX内存侧信道的安全隐患，识别8种潜在攻击路径，指出当前安全研究与实际弱点的差距，并重新定义侧信道威胁模型。
2017-08-30 cs.CR
MI6: Secure Enclaves in a Speculative Out-of-Order Processor
最近的攻击通过利用允许间接访问共享微体系结构状态的微体系结构侧通道来打破进程隔离。飞地加强了进程抽象以恢复隔离保证。我们提出了MI6，一个积极的，投机性的顺序处理器，能够提供安全的飞地下的威胁模型，包括一个不受信任的操作系统和攻击者能够安装任何软件攻击目前认为是可行的，包括控制流投机攻击。MI6受到Sanctum [16]的启发，并将其隔离保证扩展到更现实的存储层次结构。它还介绍了一个清除指令，这是只使用时，一个安全的进程被调度，并实现了一个复杂的处理器微架构。我们通过在不受信任的Linux操作系统上运行SPEC CINT2006基准测试，在AWS F1 FPGA上进行FPGA仿真，对MI6中的飞地的性能影响进行建模。安全性的代价是受保护程序的平均速度降低约16.4%。
2019-08-29 cs.CR cs.OS
CTR: Checkpoint, Transfer, and Restore for Secure Enclaves
基于硬件的可信执行环境（TEE）在云计算中变得越来越普遍，形成了机密计算的基础。然而，TEE的安全目标有时会与现有的云功能（如VM或进程迁移）发生冲突，因为TEE内存无法被平台上的管理程序、操作系统或其他软件读取。虽然一些较新的TEE架构支持整个受保护VM的迁移，但目前还没有用于迁移包含进程内TEE的各个进程的实用解决方案。如果必须紧急重启主机平台，则无法迁移此类流程会导致操作效率低下甚至数据丢失。我们提出了CTR，一个纯软件的设计改造迁移功能到现有的TEE架构，同时保持其预期的安全保证。我们的设计允许TEE在其执行中的任意点被中断和迁移，从而保持与现有VM和进程迁移技术的兼容性。通过在迁移过程中协作地涉及TEE，我们的设计还允许应用程序开发人员指定有状态的迁移相关策略，例如限制特定TEE可以迁移的次数。我们针对英特尔SGX的原型实现表明，迁移延迟随TEE内存大小线性增加，并受TEE系统操作的影响。
2022-05-30 cs.CR cs.SY eess.SY
Opal: Private Memory for Personal AI
Google DeepMind（谷歌DeepMind）；UC Berkeley（加州大学伯克利分校）
Opal通过将数据依赖推理与个人数据分离，利用可信 enclave 提高检索准确率，并在基础设施成本上取得显著优势。
2026-04-02 cs.AI cs.CR
The Pyramid Scheme: Oblivious RAM for Trusted Processors
现代处理器，例如，英特尔SGX允许应用程序将秘密代码和数据隔离在称为安全区的加密内存区域中。虽然加密有效地隐藏了内存的内容，但由密码发出的地址引用序列会泄漏信息。这是一个严重的问题，因为这些泄漏可以很容易地打破飞地的机密性保证。在本文中，我们探讨了不经意RAM（ORAM）的设计，防止这些信息泄漏的限制下，现代SGX处理器。大多数的有机随机存取存储器都不适合这些处理器，因为它们有很高的恒定开销系数，或者需要很大的专用存储器，而这些专用存储器在这些处理器中是不可用的。我们解决了这些限制与一个新的分层ORAM建设，金字塔ORAM，这是对在线带宽成本和小块优化。它使用了一种新的哈希方案，避免了以前分层方案的复杂性。我们提出了一个高效的x64优化的实现金字塔ORAM，只使用处理器的寄存器作为私有内存。我们比较金字塔ORAM与电路ORAM，一个国家的最先进的基于树的ORAM计划，也使用恒定的私有内存。金字塔ORAM比电路ORAM具有更好的在线渐近复杂度。我们的金字塔ORAM和电路ORAM的实现验证了这一点：作为所有的分层方案，金字塔ORAM具有高的访问延迟变化;虽然延迟可能是高的一些访问，对于典型的配置，金字塔ORAM提供的访问延迟是8倍，比电路ORAM的99%的访问。虽然最著名的分层ORAM具有更好的渐近复杂度，但金字塔ORAM具有显著更低的常数开销因子，使其成为实践中的首选。
2017-12-21 cs.CR
SecScale: A Scalable and Secure Trusted Execution Environment for Servers
针对现有TEE难以兼顾可扩展性与重放保护的问题，提出SecScale，利用推测执行、MAC森林和全内存加密，在通用硬件上实现可扩展且安全，性能比竞品快10%。
2024-07-18 cs.AR cs.CR
Polars inside Intel SGX2 Enclaves: An Empirical Study of Confidential Analytical Query Processing
Mozilla
本文研究了在Intel SGX2内核中通过Gramine运行Arrow原生DataFrame引擎Polars的性能，分析了查询和数据加载的开销，并比较了Polars的惰性与主动API性能。
2026-05-20 cs.CR cs.DB
Dorami: Privilege Separating Security Monitor on RISC-V TEEs
本文提出 Dorami，一种在 RISC-V TEE 上将安全监视器与固件进行权限分离的方法，通过重新利用现有 ISA 特性实现隔离，从而减少攻击面且开销较低。
2024-10-04 cs.CR
Building Your Own Trusted Execution Environments Using FPGA
本文提出 BYOTee，利用商用 FPGA 按需构建具有可定制硬件 TCB 的多个安全飞地，并支持软硬件栈远程证明，实验验证了其安全与性能。
2024-05-11 cs.CR
TensorTEE: Unifying Heterogeneous TEE Granularity for Efficient Secure Collaborative Tensor Computing
Institute of Computing Technology, Chinese Academy of Sciences（中国科学院计算技术研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Cambricon Technologies（寒武纪科技）；Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Peking University（北京大学）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；ZGC LAB（中关村实验室）；Shanghai Innovation Center for Processor Technologies, SHIC（上海处理器技术创新中心）；Engineering Research Center for Domain-specific Operating Systems (MoE)（教育部专用操作系统工程研究中心）
针对现有异构TEE因CPU与NPU内存粒度差异导致协同计算效率低的问题，提出张量粒度统一的TensorTEE方案，通过片上张量维护、预测式张量MAC管理及直接跨域传输，将LLM训练性能较现有方案提升4倍，仅带来2.1%的额外开销。
2024-07-12 cs.AI cs.AR cs.CR
Characterization of GPU TEE Overheads in Distributed Data Parallel ML Training
本文深入表征了使用 GPU TEE 进行分布式数据并行机器学习训练的性能开销，揭示了 ring-all-reduce 通信中的加密与认证机制导致显著性能下降，在四 GPU TEE 环境下单次迭代运行时间平均增加 8 倍，最高达 41.6 倍。
2025-08-13 cs.CR cs.DC
