Simulación de la instrucción dfence para mitigación de ataques Spectre en arquitecturas x86

• Autores: Caldara, María Emilia
• Año de publicación: 2026
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis de grado
• Colaborador/a o director/a de tesis: Rezk, Tamara Andrea; D'Argenio, Pedro Ruben
• Materia: Computación; Ciberseguridad; Ataques Spectre; Mitigación; Gem5; Hardware
• Institución: Universidad Nacional de Córdoba

Tesis (Lic. en Ciencias de la Computación)--Universidad Nacional de Córdoba, Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación, 2025.
Fil: Caldara, María Emilia. Universidad Nacional de Córdoba, Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación; Argentina.
En 2018 se registró el primer ataque de la familia Spectre que se basa en aprovechar la ejecución especulativa de los procesadores para revelar datos confidenciales. Para tratar de mitigar estos ataques actualmente se aplican técnicas como por ejemplo el uso de primitivas de sincronización y enmascarado con SLH. Sin embargo, el equipo SPLiTS de Inria junto con el equipo DistriNet de KULeuven implementó una instrucción llamada dfence en Risc-V que con cambios mínimos al hardware logra proteger contra Spectre PHT, SSB y PSF con poco overhead de procesamiento. En este trabajo de tesis se propuso investigar la factibilidad para simular esta instrucción dfence en Gem5 para arquitecturas x86, y en caso positivo, evaluar tanto la efectividad para proteger de Spectre como rendimiento de la misma. Tras un análisis profundo, se pudo implementar la instrucción y realizar pruebas para evaluarla.
In 2018, the first attack from the Spectre family was reported, exploiting speculative execution in processors to leak confidential data. To mitigate these attacks, techniques such as synchronization primitives and masking with SLH are currently applied. However, the SPLiTS team at Inria, together with the DistriNet team at KU Leuven, implemented an instruction called dfence in RISC-V which, with minimal hardware changes, is able to protect against Spectre PHT, SSB, and PSF with low performance overhead. In this thesis, we proposed to investigate the feasibility of simulating the dfence instruction in Gem5 for x86 architectures and, if successful, to evaluate both its effectiveness in protecting against Spectre attacks and its performance impact. After a thorough analysis, the instruction was successfully implemented and tested for evaluation.
Fil: Caldara, María Emilia. Universidad Nacional de Córdoba, Facultad de Matemática, Astronomía, Física y Computación; Argentina.