[논문 리뷰] Robust Hyperproperty Preservation for Secure Compilation (Extended Abstract)

Deepak Garg, Cătălin Hriţcu외 3명|arXiv (Cornell University)|2017. 10. 19.

Security and Verification in Computing참고 문헌 8인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 보안 컴파일러를 위한 새로운 타당성 기준으로 강건한 초성질보존을 제안하며, 비밀성 정책(특히 비밀성 보장과 같은 초성질)이 악성 타겟 수준 컨텍스트에서도 유지됨을 보장한다. 다양한 초성질 클래스에 대해 등가의 '성질 무관' 특성화를 제안하고, 이는 컨텍스트 역역행 기법을 통해 검증 가능함을 보여주며, 안전성 초성질은 유한한 트레이스 프리픽스 역역행만으로도 충분하고, 전체 초성질 보존은 논리적 관계 기법을 통해 달성 가능하다.

ABSTRACT

We map the space of soundness criteria for secure compilation based on the preservation of hyperproperties in arbitrary adversarial contexts, which we call robust hyperproperty preservation. For this, we study the preservation of several classes of hyperproperties and for each class we propose an equivalent "property-free" characterization of secure compilation that is generally better tailored for proofs. Even the strongest of our soundness criteria, the robust preservation of all hyperproperties, seems achievable for simple transformations and provable using context back-translation techniques previously developed for showing fully abstract compilation. While proving the robust preservation of hyperproperties that are not safety requires such powerful context back-translation techniques, for preserving safety hyperproperties robustly, translating each finite trace prefix back to a source context seems to suffice.

연구 동기 및 목표

• 악성 타겟 수준 컨텍스트가 존재하더라도 보안 보장을 유지하는 종합적 프레임워크를 정의하는 것.
• 기존의 전체 추상화 기준을 일반화하여 초성질에 초점을 맞추어 비밀성 보장과 같은 복잡한 보안 정책을 포괄하는 것.
• 초성질 직접 다루기 어려운 보안 컴파일러의 등가 증명 友好的 특성화를 제공하는 것.
• 강력한 역역행 기법을 사용해 비안전성 초성질을 보존할 수 있는지의 가능성을 조사하는 것.
• 유한 트레이스 프리픽스 역역행으로 충분한 경우(예: 안전성)와 전체 컨텍스트 재구성 필요성이 있는 경우를 구분하는 것.

제안 방법

• 악성 컨텍스트에서라도 초성질을 강건하게 만족하는 소스 프로그램을 정의하기 위해 강건한 초성질 보존을 새로운 타당성 기준으로 제안한다.
• 초성질 보존과 성질 무관 기준 간의 등가성을 정의하며, 예를 들어 초성질 강건 컴파일링: ∀P.∀C_T.∃C_S.∀t. C_T[P↓]⇝t ↔ C_S[P]⇝t 와 같은 기준을 제시한다.
• 안전성 초성질 보존을 위한 트레이스 기반 특성화를 도입: 타겟 트레이스 프리픽스 m 이 관측되면, 소스 컨텍스트는 m′ ≥ m 를 만족하는 트레이스 프리픽스 m′ 을 생성해야 한다.
• 완전 추상 컴파일링에서 유도된 컨텍스트 역역행 기법을 변형하여 강건 보존을 검증하며, 특히 비안전성 초성질에 대해 적용한다.
• 정확한 값 인코딩을 가능하게 하기 위해 소스 및 타겟 언어에 입력/출력 트레이스와 재귀적 타입을 추가하여 타겟 컨텍스트를 소스 컨텍스트로 정확히 역역행할 수 있도록 한다.
• 논리적 관계 기법을 사용하여 단순형 추상화된 λ-계산법을 비형식적 λ-계산법(트레이스 확장 포함)으로 컴파일할 때의 초성질 강건 컴파일링을 증명한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 모든 초성질의 강건한 보존이 실용적으로 달성 가능한가? 그리고 형식적 검증에 적합한가?
• RQ2 다양한 초성질 클래스(예: 안전성, 부분집합 닫힘, 초안전성) 간의 표현력과 검증 가능성 측면에서의 상호 관계는 어떠한가?
• RQ3 다른 초성질 클래스를 보존하기 위해 필요한 최소한의 역역행 능력은 무엇이며, 언제 유한 트레이스 프리픽스 시뮬레이션으로 충분한가?
• RQ4 성질 무관 특성화가 초성질 직접 추론에 비해 보안 컴파일러 증명을 어떻게 단순화하는가?
• RQ5 강건한 초성질 보존과 전체 추상화 간의 관계는 어떠한가? 그리고 상호 포함 관계가 성립하는가?

주요 결과

• 모든 초성질의 강건한 보존(초성질 강건 컴파일링으로도 알려짐)은 타겟 컨텍스트에서 소스 컨텍스트로의 컨텍스트 역역행 함수를 포함하는 성질 무관 기준과 형식적으로 등가이다.
• 안전성 초성질의 강건한 보존은 유한 트레이스 프리픽스 역시뮬레이션만 요구하는 기준과 등가이며, 이는 트레이스 기반 증명 기법에 적합하다.
• 비안전성 초성질의 경우 전체 컨텍스트 역역행이 필요하며, 이러한 증명은 논리적 관계나 근사적 역역행과 같은 고급 기법이 필요하다.
• 가장 강력한 기준인 초성질 강건 컴파일링은 재귀적 타입을 소스 언어에 추가함으로써 단순형 추상화된 λ-계산법을 비형식적 λ-계산법으로 컴파일할 때 달성 가능하다.
• 모든 성질 무관 특성화는 동일한 기수 패턴을 따르며: ∀P.∀C_T.∃C_S.∀t…, 이는 C_S 를 P 와 C_T 의 함수로 구성 가능한 구축적 증명을 가능하게 한다.
• 논문은 더 강력한 기준인 ∀C_T.∃C_S.∀P… 가 관계적 성질의 강건한 보존을 암시할 것이라 추측하며, 전체 추상화는 특수한 경우로 간주한다.