随着人们对私密信息的安全性要求的不断提高,各种密码算法正在进入生活的每一个角落。今年来,基于微处理器体结构分析的旁道攻击在信息安全领域迅速发展,此类攻击主要利用了处理器在体系结构的安全缺陷,攻击者通过编写恶意的软件可获得程序运行的相关信息,经过线下分析可获取敏感信息。该种攻击主要具有以下特点：1.旁道信息可通过软件测量获得而无需特别的设备。2.非特权进程可通过其获得特权进程的信息。3.攻击者既可以实施本地攻击也可以实施远程攻击。本文主要针对其中一类针对数据cache的时间攻击进行了深入的研究。首先本文介绍CBTA攻击的主要原理,并且分别介绍了几种不同种类的CBTA攻击技术并给出了理论分析模型。其次,本文全面介绍了各种CBTA攻击的防御技术并分析各自的优缺点,在此基础上本文提出了两种针对两类主要攻击的硬件防御方案。针对基于访问驱动的攻击,提出一种基于异或的地址映射重排技术,该技术通过打乱cache行与主存储块的映射关系使得攻击不再可行。针对基于时间驱动的攻击,本文创造性地提出了IPMG策略。该策略通过测量历史cache缺失率,动态的产生cache缺失以调节缺失率维持在一个恒定的水平。该技术可以有效防止攻击者利用cache缺失的波动获取敏感信息。此后,本文在MIPS处理器上将上述两种抗攻击措施融合实现,并通过FPGA验证了其抵抗攻击的有效性。最后对加入防御机制后所带来的硬件代价和性能损失做了综合的评估。结果表明,提出的防御方案在极低的性能损失和面积代价下能有效抵御相应得攻击。