[논문 리뷰] A Multi-Core Processor Platform for Open Embedded Systems

Hiroaki Inoue|arXiv (Cornell University)|2010. 06. 29.

Parallel Computing and Optimization Techniques참고 문헌 1인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 하드웨어 기반의 보안 프로세서 파티셔닝과 네 가지 신규 기법(무중단 통신, 비대칭 가상화, 보안 동적 파티셔닝, 레거시 및 오픈 애플리케이션의 보안 실행)을 통해 확장성과 보안성을 동시에 달성하는 멀티코어 프로세서 플랫폼을 제안한다. 이 플랫폼은 소프트웨어 수정 없이 공유 하드웨어 상에서 다수의 운영체제를 보안적이고 효율적으로 실행할 수 있도록 한다.

ABSTRACT

Recent proliferation of embedded systems has generated a bold new paradigm, known as open embedded systems. While traditional embedded systems provide only closed base applications (natively-installed software) to users, open embedded systems allow the users to freely execute open applications (additionally-installed software) in order to meet various user requirements, such as user personalization and device coordination. Key to the success of platforms required for open embedded systems is the achievement of both the scalable extension of base applications and the secure execution of open applications. Most existing platforms, however, have focused on either scalable or secure execution, limiting their applicability. This dissertation presents a new secure platform using multi-core processors, which achieves both scalability and security. Four techniques feature the new platform: (1) seamless communication, by which legacy applications designed for a single processor make it possible to be executed on multiple processors without any software modifications; (2) secure processor partitioning with hardware support, by which Operating Systems (OSs) required for base and open applications are securely executed on separate processors; (3) asymmetric virtualization, by which many OSs over the number of processors are securely executed under secure processor partitioning; and (4) secure dynamic partitioning, by which the number of processors allocated to individual OSs makes it possible to be dynamically changed under secure processor partitioning.

연구 동기 및 목표

• 사용자 맞춤형 애플리케이션을 지원하면서도 시스템 보안을 유지하는 데 증가하는 요구사항을 충족시키기 위해.
• 기존 플랫폼들이 확장성 또는 보안성 중 하나만 중시하는 한계를 극복하기 위해.
• 멀티코어 프로세서를 활용해 보안적이고 확장 가능한 오픈 임베디드 시스템 플랫폼을 설계하기 위해.
• 기존 단일 프로세서 애플리케이션을 수정 없이 멀티코어 아키텍처에서 원활하게 실행하기 위해.
• 다수의 운영체제에 대해 프로세서 자원을 런타임에 동적으로 및 보안적으로 할당할 수 있도록 하기 위해.

제안 방법

• 프로세서 분포를 추상화하는 통신 레이어를 사용해 소프트웨어 수정 없이 레거시 애플리케이션과 멀티코어 시스템 간의 무중단 통신을 가능하게 한다.
• 기반 및 오픈 애플리케이션 운영체제를 별도의 코어에 격리시키기 위해 하드웨어 기반 보안 프로세서 파티셔닝을 구현한다.
• 시간 분할 기반 스케줄링을 통해 물리적 코어 수를 초월한 운영체제 인스턴스를 안전하게 실행하기 위해 비대칭 가상화를 적용한다.
• 런타임 중 프로세서 할당을 재구성할 수 있도록 보장하면서도 전환 과정에서도 보안성을 유지하기 위해 보안 동적 파티셔닝을 도입한다.
• 하드웨어 강제 격리를 통해 오픈 애플리케이션이 기반 시스템 기능이나 다른 운영체제에 간섭하지 않도록 보장한다.
• 이러한 기법들을 통합하여 오픈 임베디드 환경에서의 후행 호환성과 확장성 모두를 지원하는 통합 플랫폼을 구성한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기존 단일 프로세서 애플리케이션을 수정 없이 멀티코어 아키텍처에서 어떻게 실행할 수 있는가?
• RQ2 공유된 멀티코어 하드웨어 상에서 다수의 운영체제를 어떻게 안전하게 격리하고 실행할 수 있는가?
• RQ3 물리적 코어 수를 초월해 더 많은 운영체제를 지원하면서도 보안성을 유지할 수 있는가?
• RQ4 보안을 해치지 않으면서도 런타임에 프로세서 할당을 동적으로 조정할 수 있는가?
• RQ5 오픈 임베디드 시스템에서 확장성과 강력한 보안성을 동시에 달성할 수 있는가?

주요 결과

• 플랫폼은 레거시 애플리케이션을 수정 없이 멀티코어 시스템에서 실행할 수 있게 하여 후행 호환성을 보장한다.
• 하드웨어 기반 보안 프로세서 파티셔닝은 기반 및 오픈 애플리케이션 운영체제를 성공적으로 격리시켜 간섭을 방지한다.
• 비대칭 가상화를 통해 시간 분할 스케줄링을 활용해 물리적 코어 수를 초월한 운영체제 인스턴스를 안전하게 실행할 수 있다.
• 보안 동적 파티셔닝을 통해 운영체제 간 프로세서 할당을 런타임에 조정할 수 있어 탄력적인 워크로드 관리가 가능하다.
• 네 가지 기법의 통합은 오픈 임베디드 환경에 적합한 보안적이고 확장 가능하며 유연한 플랫폼을 제공한다.
• 이 플랫폼은 개방성과 강력한 보안성을 동시에 요구하는 실세계 임베디드 시스템에 대해 실현 가능하고 실용적임을 입증한다.