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异构CPU-GPU工作负载越来越多地应用于安全关键嵌入式系统(如自动驾驶、工业控制),但现有控制流证明(CFA)技术仅关注CPU侧,而GPU侧证明局限于静态加载时验证,无法提供运行时保证。这导致针对GPU内核的运行时攻击以及CPU-GPU交互契约的违反无法被检测。本文提出WarpGuard,首个面向异构CPU-GPU工作负载的复合控制流证明框架。WarpGuard针对统一控制流图(CFG)验证执行,该图同时包含CPU和GPU组件。它通过两种方式扩展现有CFA技术:一是通过追踪GPU内核执行并与内核特定CFG对比,实现GPU内核的运行时CFA;二是监控内核启动事件并强制每个调用点的策略,以检测CPU-GPU边界上的违规。这些扩展解决了GPU并行性和跨设备交互带来的挑战。WarpGuard采用基于软件的插桩实现,无需专用硬件或二进制修改。在NVIDIA Jetson Orin Nano上的评估表明,WarpGuard能检测GPU侧控制流攻击和跨边界攻击。在微基准测试、SPECAccel及八个TensorRT推理工作负载中,WarpGuard引入的开销适中,表明其在嵌入式安全关键场景中具有实用性。
💡 推荐理由: 首次实现异构CPU-GPU执行流的联合运行时证明,填补了安全关键系统中GPU侧动态完整性验证的空白,对自动驾驶、工业控制等场景的纵深防御有重要意义。
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