GN⁺: Clang 대 Clang 대결

Clang vs. Clang: Clang을 화나게 하지 마세요

• Clang에 대한 실험을 다룬 블로그 글임
• 컴파일러 최적화와 관련된 최근 LLVM 및 GCC 변경 사항을 살펴보면, 최적화, 최적화 테스트, 테스트 수정, 버그 수정 등이 포함됨
• 컴파일러 작성자들은 자신들이 도입한 버그에 대해 책임을 지지 않으려 함
• 컴파일러 최적화는 실제 성능 향상에 크게 기여하지 않음

컴파일러 최적화의 문제점

• 최적화된 컴파일러가 성능을 향상시키는 경우는 드물음
• 예를 들어, kyber768의 avx2 구현은 최적화된 컴파일러로 컴파일된 코드보다 4배 빠름
• Todd A. Proebsting의 법칙에 따르면, 컴파일러 최적화는 컴퓨팅 성능에 거의 기여하지 않음
• Arseny Kapoulkine의 벤치마크 결과도 비슷한 결론을 내림

보안 문제

• 최적화된 컴파일러는 전통적인 버그뿐만 아니라 타이밍 누출과 같은 보안 문제를 일으킬 수 있음
• 2018년 EuroS&P 논문에 따르면, 컴파일러 업그레이드는 타이밍 채널을 열어 보안 코드를 취약하게 만들 수 있음
• Kyber 참조 코드에서 Clang 15 이상의 최적화 옵션으로 컴파일된 코드에서 성공적인 타이밍 공격이 보고됨

TIMECOP 도구

• TIMECOP 2는 SUPERCOP 암호화 테스트 프레임워크에 내장되어 있으며, 비밀로부터 파생된 조건부 분기를 자동으로 스캔함
• TIMECOP 1과 TIMECOP 2의 차이점: TIMECOP 2는 RNG 출력을 비밀로 자동 표시하고, 다중 코어에서 실행됨

상수 시간 코드 작성

• 상수 시간 코드를 작성하는 방법에 대한 강연을 2024년 7월에 진행함
• libmceliece와 SUPERCOP에서 제공하는 상수 시간 함수 설명
• 예를 들어, crypto_uint32_bitmod_mask(x,j) 함수는 컴파일러가 1비트 결과를 인식하지 못하게 함

컴파일러 최적화 문제 예방

• 컴파일러가 타이밍 누출을 도입하지 않도록 예방하는 방법 중 하나는 어셈블리 언어로 라이브러리를 배포하는 것임
• 그러나 어셈블리 언어는 소프트웨어의 정확성을 감사하기 어렵게 만들 수 있음
• C, C++ 등의 코드에 타이밍 누출 예방 코드를 빠르게 도입하는 방법을 모색 중임

clang-vs-clang 패치

• LLVM 최적화 도구에 패치를 작성하여 &1 및 >>31을 스캔하고 경고 메시지를 출력함
• 예를 들어, x >>= 31 코드에서 경고 메시지가 출력됨

결론

• 컴파일러 최적화는 성능 향상에 크게 기여하지 않으며, 보안 문제를 일으킬 수 있음
• TIMECOP과 같은 도구를 사용하여 상수 시간 코드를 작성하고, 컴파일러 최적화 문제를 예방해야 함

GN⁺의 정리

• 이 글은 컴파일러 최적화의 문제점과 보안 위험을 다루고 있음
• 컴파일러 최적화가 실제 성능 향상에 크게 기여하지 않으며, 보안 문제를 일으킬 수 있음을 강조함
• TIMECOP 도구와 상수 시간 코드 작성 방법을 소개하여 보안 문제를 예방하는 방법을 제시함
• 컴파일러 최적화 문제를 예방하기 위해 어셈블리 언어로 라이브러리를 배포하는 방법도 제안함
• 관련 분야의 다른 프로젝트로는 FaCT와 Jasmin 같은 보안 중심의 컴파일러가 있음