微控制器上的时间测量值不同

Question

我正在测量不同 C 函数的循环计数，我尝试将其设为恒定时间以减轻侧通道攻击（加密）。

我正在使用一个微控制器（来自英飞凌的 aurix），它有一个板载周期计数器，每个时钟周期都会递增，我可以读出它。

考虑以下几点：

int result[32], cnt=0;
int secret[32];
/** some other code***/

reset_and_startCounter(); //resets cycles to 0 and starts the counter
int tmp = readCycles(); //read cycles before function call

function(secret) //I want to measure this function, should be constant time

result[cnt++] = readCycles() - tmp; //read out cycles and subtract to get correct result

当我测量如上所示的周期时，有时我会收到不同数量的周期，具体取决于给函数的输入。 （〜1-10个周期差异，功能本身需要大约3000个周期）。

我现在想知道它是否还不是完全恒定的时间，并且计算取决于一些输入。我查看了该函数并执行了以下操作：

void function(int* input){
    reset_and_startCounter(); 
    int tmp = readCycles(); 
   /*********************************
    ******calculations on input******
    *********************************/
    result[cnt++] = readCycles() - tmp;
}

无论给出什么输入，我都会收到相同数量的周期。

然后我还测量了仅调用函数以及从函数返回所需的时间。无论输入什么，这两个测量值都是相同的。

我一直使用 gcc 编译器标志 -O3,-fomit-frame-pointer。 -O3 因为运行时很关键，我需要它快速。同样重要的是，微控制器上没有运行其他代码（没有操作系统等）

有没有人对此有可能的解释。我想要安全，我的代码是恒定的时间，而那些周期是任意的......

很抱歉这里没有提供可运行的代码，但我相信没有多少人有 Aurix 躺在周围：O

谢谢

Answer 1

您使用的英飞凌 Aurix 微控制器专为硬实时应用而设计。它有意被设计为提供一致的运行时性能——它缺少大多数可能导致更复杂的 CPU 上性能不一致的功能，例如高速缓存或分支预测。

虽然显示您的代码在这部分具有恒定运行时间只是一个开始，但您的代码在其他 CPU 上运行时仍然可能具有可变运行时间。包含此 CPU 的设备也有可能通过其他渠道泄漏信息，特别是通过功率分析。如果使您的应用程序能够抵抗侧信道分析至关重要，您可能需要考虑使用专为加密应用程序设计的部件。 （Aurix 不是这样的部分。）