Memory corruption attacks pose a significant threat to the security of embedded devices with limited resources that lack basic protection mechanisms. Control Flow Integrity (CFI) is a promising technique to mitigate these attacks by ensuring that the program’s control flow adheres to a predetermined set of rules. In this project, we propose a CFI solution tailored for embedded devices based on combining a type-based approach for indirect branches with a shadow stack approach to protect return addresses. Our solution targets the ARM Cortex-M33 architecture and is evaluated on various applications that are adequate for low-end devices, including embedded cryptographic primitives and a real-time operating system. Our solution provides a high level of security, allowing for a 99.99% reduction in attacks using the average reduction metric (AIR). However, we acknowledge that the performance overhead may be a concern for some use cases. The evaluation of our Control Flow Integrity (CFI) implementation shows that it incurs a performance overhead ranging between 7% and 81%, with a relatively small size overhead of around 3%. Therefore, we propose that the use of adequate architectural models could help reduce the performance overhead while still maintaining good security guarantees. Our study highlights the trade-off between security and performance in CFI implementations and provides insights into potential areas for improvement. / Minneskorruptionsattacker utgör ett betydande hot mot säkerheten för inbyggda enheter med begränsade resurser som saknar grundläggande skyddsmekanismer. Kontrollflödesintegritet (CFI) är en lovande teknik för att mildra dessa attacker genom att säkerställa att programkontrollen följer en förutbestämd uppsättning regler. I detta projekt föreslår vi en CFI-lösning anpassad för inbyggda enheter som bygger på en kombination av en typbaserad metod för indirekta grenar med en skuggstackmetod för att skydda returadresser. Vår lösning riktar sig mot ARM Cortex-M33-arkitekturen och utvärderas på olika applikationer som är lämpliga för lågpresterande enheter, inklusive inbyggda kryptografiska grundläggande funktioner och ett realtidsoperativsystem. Vår lösning erbjuder en hög säkerhetsnivå och möjliggör en minskning av attacker med 99,99% enligt genomsnittsmätningsmetoden (AIR). Vi erkänner dock att prestandaöverhuvud kan vara en oro i vissa användningsfall. Utvärderingen av vår CFI-implementering visar att den medför en prestandaöverhuvud som varierar mellan 7% och 81%, med en relativt liten storleksöverhuvud på cirka 3%. Därför föreslår vi att användningen av lämpliga arkitekturmodeller kan bidra till att minska prestandaöverhuvudet samtidigt som goda säkerhetsgarantier bibehålls. Vår studie belyser avvägningen mellan säkerhet och prestanda i CFI-implementeringar och ger insikter om potentiella områden för förbättring.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-346242 |
| Date | January 2024 |
| Creators | Kaddami, Oussama |
| Publisher | KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-EECS-EX ; 2024:68 |
Page generated in 0.0101 seconds