针对不一致写入攻击的NVM磨损攻击防御技术

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由于有限的写寿命,非易失性内存(Non-volatile Memory,NVM)在磨损攻击下十分脆弱。同时,由于工艺差异,NVM单元之间的耐久性差异很大,在各单元间均匀分配写流量会导致弱页更早磨穿。为了延长NVM设备的使用寿命,考虑耐久性差异的磨损均衡策略试图将密集的写入操作对应的地址映射到耐久性较高的强单元。这些策略都假设未来写入流量的分布与当前检测窗口检测到的写流量分布类似。不一致写入攻击通过设计在两个检测窗口截然相反的写流量来误导这些磨损均衡策略,从而将写流量集中到弱单元。现有的防御技术通过放弃使用热度信息,基于概率进行地址映射来防御不一致写入攻击,但是会导致大量的错误交换。针对现有不一致写入攻击防御技术存在的问题,提出针对不一致写入攻击的NVM磨损攻击防御技术CLIMBER。CLIMBER通过基于热度信息的细粒度地址重映射,将被错误映射到弱页的热地址映射到更强的页中来避免写流量被集中到弱页上,从而实现对不一致写入攻击的防御。同时,CLIMBER根据不同页面的强度设置对应的交换阈值,来达到防御效果与交换开销之间的平衡。CLIMBER还设计了一种弱页随机映射机制,通过将冷地址映射到随机选择的弱页来避免最弱页被不一致写入攻击定位,进一步提高对不一致写入攻击的防御效果。实验结果显示,CLIMBER能够有效地防御不一致写入攻击。与现有最新的防御机制相比,CLIMBER将不一致写入攻击下的最大磨损率降低了43.2%,同时,将PCM在不一致写入攻击下的预期寿命从4.19年延长到了7.37年,在常规应用负载下,CLIMBER将最大磨损率平均降低了55.4%,只引入了很少的硬件和性能开销。
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