本文提出 CHERI-D Reincarnate（简称 Reinc），一种面向 CHERI 能力架构的时序内存安全（temporal memory safety）硬件扩展，目标是以可扩展、低开销的方式缓解释放后使用（use-after-free, UAF）问题。背景上，此前工作 CHERI-D 为每个分配对象关联一个有限位宽的 generation ID，并存放在固定位置；当该 ID 被耗尽（回绕）时，为避免不同生命周期对象共用同一 ID 而产生误判，必须把该对象所在的整个内存槽位隔离（quarantine），待清扫（sweep）后才能复用。这带来两个代价：一是清扫频率高，二是高分配率场景下隔离区会占用大量内存。 Reinc 的核心思想是“分配重生”（allocation reincarnation）：当某个槽位当前 ID 耗尽时，不再隔离内存，而是为该槽位动态分配一个新的 ID；被耗尽的 ID 本身进入隔离并延后回收，而底层物理内存可立即重新分配给新对象。也就是说，隔离的对象由“内存”变为“ID”，使常见情况下内存可连续复用，从而显著降低清扫频率与隔离区内存开销。Reinc 在保持完全去中心化 ID 组织的同时引入一致性 ID 缓存（coherent ID caching），时序元数据仍与其所保护的内存同址存放，既保留局部性又避免集中式元数据结构。针对多核执行，Reinc 通过轻量级反向映射（reverse-map）与过滤机制，把物理一致性事件与按虚拟地址索引的 ObjID buffer 关联起来，以跨核维护一致的 ID 视图。 作者以软硬件协同设计方式实现了 Reinc，覆盖 CHERI-Toooba（超标量 FPGA 软核）、QEMU、LLVM/Clang 与 CheriBSD 全栈，并进行了评测。结果显示，在所选负载上 Reinc 大幅降低了内存清扫频率与隔离内存占用，同时仅引入较低的性能开销与硬件开销。该工作对体系结构、硬件安全、内存安全及操作系统方向的研究者具有参考价值。

CHERI 架构通过硬件强制的能力机机制提供空间内存安全，但时间内存安全（即释放后使用类漏洞）尚未被完整覆盖。此前工作主要针对堆上的 use-after-free，而栈上的 use-after-return 一直缺乏系统性的硬件/软件协同防御。已有的编译器分析只能可靠捕获作为函数返回值逃逸的栈引用，动态插桩工具则因性能开销过大难以在生产环境部署。针对这一空白，本文提出 FRESCO 机制，其核心原则是：栈能力（stack capability）的生存期不得超过创建它的栈帧。FRESCO 为每次函数调用生成独立的能力"颜色"（provenance identifier），任何从该栈指针派生的能力都会继承该生命周期，并在函数退出时由硬件立即失效——无论该引用以何种方式、逃逸到何处。由于栈帧的回收频率远高于堆分配，FRESCO 设计了两种机制来管理颜色资源：1）Color Saver，一种基于静态能力分析的逃逸分析，仅对确实需要着色的函数限定染色范围，其核心算法在 Rocq 证明助手中完成机械化验证；2）能力-颜色分段，将内存划分为不连续的段，各段拥有独立的颜色命名空间，从而让栈时间安全和堆时间安全在同一系统上共存。FRESCO 是首个为 CHERI 应用处理器提供完整、可扩展时间内存安全的软硬件协同设计。实现基于 CHERI-RISC-V QEMU 全系统模拟器和乱序执行的 CHERI-Toooba FPGA 软核，软件栈采用 CHERI 版 Clang/LLVM 编译器和 CheriBSD 操作系统。实验表明，FRESCO 在 NIST Juliet 测试套件和 CVE 样本上系统性地阻止了 use-after-return、use-after-free 和 double-free，SPEC CPU 性能开销约 4%，SQLite 和 PostgreSQL 开销为 10-14%。本文适合从事内存安全、硬件安全、编译优化及形式化验证的研究人员阅读。

该论文提出了一种名为 CHERI-D 的架构扩展，旨在为 CHERI（一种领先的硬件/软件系统，提供原生空间安全性和时间内存安全性的基础）提供高效的时间内存安全性。CHERI 本身缺乏对时间内存安全性的内在架构支持，现有最先进的软件解决方案 Cornucopia Reloaded 仅能抵御释放后重分配（UAR）攻击，而非更强的释放后使用（UAF）攻击，并且由于延迟分配和回收而存在性能开销。CHERI-D 将对象标识（ID）元数据与能力指针相关联，以提供分配的时间完整性。利用 CHERI 的空间安全性，CHERI-D 可以将对象 ID 安全地内联存储在分配数据中（可能利用未使用的碎片空间）。通过仿真和硬件评估，CHERI-D 显著降低了 Cornucopia Reloaded 的回收开销，同时支持严格的释放后使用缓解。核心贡献在于提出了硬件辅助的时间内存安全机制，在不显著影响性能的前提下增强了安全性。