该论文提出 CryptoBap，一个用于验证加密协议二进制代码安全属性的平台。研究背景是：现实中的加密协议实现可能因编译器优化、平台差异或编程错误而引入安全漏洞，而传统的形式化验证方法通常针对高级语言或协议规范，难以直接分析编译后的机器码。核心问题是如何在二进制层面自动验证协议的弱保密性和认证属性。方法上，CryptoBap 首先将 ARMv8 和 RISC-V 架构的协议二进制代码反编译为中间表示（IR），然后执行密码感知的符号执行，自动提取覆盖所有执行路径的协议模型。符号执行过程支持间接跳转解析和基于循环总结技术的有限循环处理，完全自动化。提取的模型通过第三方工具链转换为 ProVerif 或 CryptoVerif 可接受的输入格式，从而利用这些成熟的自动验证器完成安全属性证明。论文证明了该方法的可靠性（soundness），并通过多个案例验证了平台的有效性，包括玩具示例以及真实协议 TinySSH（SSH 实现）和 WireGuard（现代 VPN 协议）。实验结果表明，CryptoBap 能够成功提取协议模型并验证安全属性，且运行效率可接受。该工作的主要贡献在于：1）首个结合二进制翻译、密码感知符号执行和自动验证器链的集成平台；2）针对 ARMv8 和 RISC-V 指令集的支持；3）对真实世界协议的成功验证。适合的研究读者包括形式化验证、二进制分析、加密协议实现安全性领域的研究人员。

Arm Permission Overlay Extension (POE) 是一种基于内存保护键的进程内隔离机制，最初版本 POE1 允许将虚拟内存分区为不同区域，并通过重新配置访问权限实现软件故障隔离，但缺乏特权分离。POE2 是 POE1 的实质性扩展，不仅处理内存保护键，还引入了新的寄存器和表，根据代码执行的空间索引（保护键）、访问内存的空间索引、操作类型以及线程上下文的时间索引来动态确定有效权限。这种设计提供了比 POE1 更强的安全保障，但带来了显著的架构复杂度——有效权限由多个硬件组件的交互决定，直接编程困难且易出错。本文对 POE2 进行了详细分析，并提出了一个通用的编程模型和强安全模型，该模型抽象了空间和时间索引的复杂性，同时支持典型的基于进程内隔离的分区软件模式。论文的主要贡献包括：对 POE2 硬件机制的深入剖析，一个统一的安全模型，以及一套编程抽象，使得开发者能够更安全、更高效地利用 POE2 构建隔离软件。研究面向操作系统开发者、安全工程师和硬件架构师，有助于理解并采用这一新型隔离技术。

现代处理器架构的复杂性导致其组件之间存在复杂的交互，这些交互可能产生侧信道攻击向量，用户态程序可利用这些侧信道泄露秘密数据。利用和防御此类侧信道需要对目标组件有详细理解，但许多CPU的此类细节信息通常未公开。本文提出"泄漏模板"（Leakage Templates）概念，用于抽象描述特定侧信道并识别其在二进制应用程序中的出现。作者设计并实现了PLUMBER框架，从已知导致泄漏的单个代码序列（例如先前工作发现的序列）中推导出通用的泄漏模板。PLUMBER结合指令模糊测试、指令操作数变异和统计分析，探索微架构优化的未公开行为，推导出易受攻击代码输入的充分条件，当这些条件满足时可触发可区分行为。利用PLUMBER，作者在ARM Cortex-A53和A72核心上基于泄漏模板识别了新的泄漏原语，特别是与"previction"（一种新的提前缓存驱逐）和预取行为相关的原语。通过重新识别Shin等人首次报告的OpenSSL 1.1.0g中基于预取器的漏洞，展示了泄漏模板的实用性。该研究为微架构侧信道的系统化发现和表征提供了新方法。

本文提出 Janus，一个基于编译器的安全框架，旨在缓解 ARM64 平台上的瞬态执行攻击（如 Spectre）和控制流劫持。Janus 利用 ARM 的硬件原语——指针认证（PA）和分支目标识别（BTI），通过修改指针认证修饰符（PA modifiers）来整合推测执行和/或控制流依赖，从而防止控制流推测攻击。它通过现有的控制流完整性机制同时保护控制流和推测执行。为了优化性能，Janus 采用修饰符融合（modifier fusion）技术合并不同防御层的操作，以及载体重用（carrier reuse）技术重用受保护变量的寄存器，从而降低开销，同时保持强大的安全保证。在 SPEC CPU2017 基准测试上，平均性能开销仅为 3.85%；实际应用（如 nginx、redis）的开销在 2.97% 到 7.80% 之间。Janus 有效提供了推测执行安全性，且性能和代码大小开销较低，是 ARM 系统的稳健解决方案。本文适合编译器开发者、系统安全研究人员以及 ARM 平台的安全架构师阅读。

本论文提出了一种名为Tiktag的新型攻击方法，旨在通过推测执行绕过ARM架构中的内存标记扩展（MTE）安全机制。MTE是ARM v8.5引入的硬件安全特性，通过为每个内存分配随机标签并检查访问时的标签匹配来防御缓冲区溢出、释放后使用等内存安全漏洞。然而，作者发现推测执行过程中标签检查的时机存在微架构侧信道漏洞：攻击者可以利用分支预测错误或异常，在标签验证实际发生之前，通过推测执行访问具有错误标签的内存，从而泄漏标签信息或绕过保护。论文详细描述了攻击的微架构原理，包括如何触发推测窗口、如何利用缓存侧信道提取标签，以及如何在真实硬件（如Apple M1和ARM固定功能CPU模拟器）上实施攻击。实验表明，Tiktag能够以高成功率提取64位标签中的部分位，并进一步结合其他漏洞实现完整的内存读写。该研究揭示了硬件安全机制与微架构优化之间的新冲突，对依赖MTE的软件安全方案构成威胁。

该论文系统性地研究了多CPU片上系统（SoC）中的安全隔离问题。在嵌入式系统中，集成多个CPU（如ARM Cortex-M4和Cortex-M0）到单个SoC可提升性能并实现任务分离，但传统单CPU安全机制（如内存保护单元MPU）在多CPU场景下的适用性存在隐患。作者识别出四类主要攻击向量：内存访问越界、外设访问控制绕过、CPU间通信漏洞以及协同攻击。这些攻击向量可导致对另一个CPU受保护内存的任意读写，甚至代码执行。特别地，研究指出开源实时操作系统FreeRTOS在多CPU系统中推荐的通信机制本身引入了代码执行漏洞。作者通过实现四种攻击向量验证了理论预测，并发现某一攻击面可危及自定义可信执行环境（TEE）的实施。研究团队已向相关厂商负责任地披露了漏洞，导致安全公告和专有网络栈的修复。该工作为多CPU嵌入式系统的安全设计提供了重要警示。

本文研究非标准ARM二进制文件的数据-代码分离问题。传统的二进制分析依赖于标准头部信息来区分代码和数据区域，但非标准或混淆的二进制常常缺失或篡改头部，导致现有方法失效。作者提出了一种基于伪标签的半监督学习方法，通过从二进制文件的结构特征中自动生成伪标签来训练分类器，无需依赖完整头部信息。实验使用真实世界的ARM恶意软件和良性样本，验证了该方法在数据-代码分离任务上的有效性，显著优于基于头部规则的基线方法。该工作为逆向工程、固件分析和恶意软件检测提供了更鲁棒的预处理步骤，特别适用于嵌入式设备和IoT环境中的非标准二进制。