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Intel幽靈/熔斷漏洞修復(fù)幕后故事:從軟到硬

2018-03-23
關(guān)鍵詞: Intel 處理器 芯片 測(cè)試

Intel CEO科再奇近日宣布,過去五年發(fā)布的Intel處理器已經(jīng)全部修復(fù)了Spectre幽靈漏洞的第一個(gè)變種,而在下一代處理器中將重新設(shè)計(jì)硬件,完全免疫幽靈漏洞第二個(gè)變種和Meltdown熔斷漏洞。

作為全球x86處理器市場(chǎng)的龍頭老大,Intel面臨如此嚴(yán)重的漏洞危機(jī),到底是如何應(yīng)對(duì)解決的?幕后又有哪些鮮為人知的故事呢?

《財(cái)富》雜志近日特意撰文,從另外一個(gè)視角解讀了這次漏洞事件,標(biāo)題“How Intel Is Moving From Software Fixes to Hardware Redesigns to Combat Spectre and Meltdown”(Intel在應(yīng)對(duì)“幽靈”和“熔斷”漏洞時(shí),如何把策略從軟件修復(fù)轉(zhuǎn)變?yōu)橹匦略O(shè)計(jì)硬件)。

原文編譯如下:

幾個(gè)星期前,在芯片制造商Intel工作了20年的資深高管Ronak Singhal正準(zhǔn)備前往他在以色列最喜歡的餐廳Helena就餐,但在他前往這個(gè)位于海法南部地中海岸邊的高級(jí)餐廳,與同事們一起慶祝升職之前,他不得不向公司的一個(gè)軟件合作伙伴解釋,Intel如何為 “幽靈”和“熔斷”安全問題打補(bǔ)丁。

當(dāng)晚,負(fù)責(zé)Intel所有處理器架構(gòu)開發(fā)的Singhal要面對(duì)的問題是:補(bǔ)丁出了問題。

在全世界運(yùn)行Intel CPU的數(shù)百萬臺(tái)電腦中,“幽靈”的一個(gè)補(bǔ)丁會(huì)導(dǎo)致某些計(jì)算機(jī)死機(jī)或自動(dòng)重啟。雖然這只影響了一小部分市場(chǎng),但已經(jīng)蔓延到足以讓PC制造商驚慌失措的程度,他們立即暫時(shí)召回了更新后的軟件。

Linux之父Linus Torvalds甚至被氣得公開宣布Intel的工作“是垃圾”。

Singhal解釋說,補(bǔ)丁使用了一些Intel以前從未在其軟件中使用過的技術(shù),有些情況下并沒有達(dá)到預(yù)期的效果。

他花了一個(gè)多小時(shí)才打消了承包商的擔(dān)憂——Singhal的同事們遲遲等不到他,就先吃飯了。

“他們還為我迷路了或者被綁架了。”他以開玩笑的口吻回憶起這件事。

他最后確實(shí)參加了聚會(huì),吃了一盤Helena餐廳的招牌魷魚。

幾周后,Intel發(fā)布了修正補(bǔ)丁,從那時(shí)起,針對(duì)計(jì)算史上最嚴(yán)重安全事件之一的修復(fù)工作進(jìn)展順利。北京時(shí)間3月15日深夜,Intel宣布已為過去5年所生產(chǎn)的所有芯片全面部署了補(bǔ)丁。

對(duì)Singhal來說,下一步就是把修復(fù)措施直接嵌入即將發(fā)布的處理器硬件中,而改進(jìn)后的硬件設(shè)計(jì)將為今年下半年發(fā)布的第八代酷睿處理器,以及有望在第四季度推出的代號(hào)為“Cascade Lake”的至強(qiáng)服務(wù)器芯片做好準(zhǔn)備。

Singhal說:“把保護(hù)措施植入硬件,這消除了軟件補(bǔ)丁對(duì)性能的巨大影響。”

Intel CEO科再奇告訴《財(cái)富》雜志:“我們的第一套軟件防御措施已經(jīng)發(fā)揮作用了。我們已經(jīng)完成了對(duì)最近5年和最新發(fā)布產(chǎn)品的修復(fù)。現(xiàn)在開始實(shí)施硬件防御措施,后者將植入我們的芯片內(nèi)?!?/p>

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“幽靈”和“熔斷”的變體1、2、3

這些嚴(yán)重的安全漏洞存在于Intel及其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手在過去幾十年制造的幾乎所有芯片中。去年夏天剛發(fā)現(xiàn)的時(shí)候,這些漏洞并不起眼。

Google一個(gè)特別安全漏洞研究團(tuán)隊(duì)的研究人員在去年6月向Intel安全部門通報(bào)說,他們?cè)贑PU設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問題。

現(xiàn)代芯片通常有很多空閑的處理能力,因此,程序在早期步驟執(zhí)行完畢之前,會(huì)計(jì)算幾個(gè)解決問題的選項(xiàng),這是情理之中的事。這種被稱為預(yù)測(cè)執(zhí)行的性能增長策略隨后會(huì)丟棄不符合早期步驟執(zhí)行結(jié)果的答案。

但是,Google研究人員,以及隨后的幾個(gè)學(xué)術(shù)界團(tuán)隊(duì),都發(fā)現(xiàn)了欺騙芯片、使其泄露密碼和加密密鑰等數(shù)據(jù)的方式,因?yàn)轭A(yù)測(cè)執(zhí)行計(jì)算使用了這些數(shù)據(jù)。

研究人員把這種欺騙方法的其中兩個(gè)變體稱為“幽靈”,這是《007》電影中與詹姆斯·邦德對(duì)抗的邪惡組織的名稱,并把第三個(gè)變體稱為“熔斷”,因?yàn)樗梢杂行У亍叭蹟唷卑踩系K。

這個(gè)危險(xiǎn)對(duì)于云服務(wù)器來說尤其嚴(yán)重,因?yàn)閬碜远鄠€(gè)客戶的程序可能會(huì)在同一個(gè)芯片上并在網(wǎng)絡(luò)瀏覽器中運(yùn)行,而網(wǎng)絡(luò)瀏覽器可能不知不覺地執(zhí)行來自一個(gè)網(wǎng)站的代碼。

2017年7月初,Intel和其它芯片制造商已經(jīng)意識(shí)到該問題影響范圍巨大,并召集了多個(gè)小組來開發(fā)解決方案。

Singhal召集了一次晨會(huì),有時(shí)候會(huì)持續(xù)兩個(gè)小時(shí),以此來協(xié)調(diào)Intel在俄勒岡州、加州、德克薩斯州和以色列的應(yīng)急響應(yīng)辦公室。來自不同時(shí)區(qū)的人不停歇地全天候處理這個(gè)問題。

自始至終,計(jì)劃都是首先發(fā)布軟件補(bǔ)丁,然后把保護(hù)措施納入未來的芯片設(shè)計(jì)中。

軟件補(bǔ)丁的代價(jià)是降低了受影響CPU的性能,而降低的程度取決于Intel芯片的類型,以及運(yùn)行的程序。

在一臺(tái)配備Kaby Lake酷睿i7處理器的PC上進(jìn)行的測(cè)試表明,大多數(shù)應(yīng)用的速度降低了不到10%,在日常使用中難以覺察到。

微軟警告說,運(yùn)行Windows 7/8系統(tǒng)以及5年前的Intel Haswell處理器的PC會(huì)受到重大影響。

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Intel最新的安全措施

為此,Intel CEO科再奇設(shè)立了一個(gè)新的小組IPAS(Intel產(chǎn)品保障與安全),不僅修復(fù)“幽靈”和“熔斷”漏洞,還將更高效地應(yīng)對(duì)未來的安全問題。1979年就加入Intel的高管Leslie Culbertson負(fù)責(zé)領(lǐng)導(dǎo)IPAS小組。

科再奇說,“這是一個(gè)全新的研究領(lǐng)域和全新的安全理解領(lǐng)域,需要Intel的長期投資”,重點(diǎn)將是發(fā)現(xiàn)未來的漏洞,還有如何讓芯片更安全這個(gè)普遍問題,“你會(huì)看到持續(xù)的進(jìn)展——這就是這個(gè)團(tuán)隊(duì)的工作”。

Singhal說:“我們知道這不是故事的結(jié)局。對(duì)于我們很多人來說,這或許會(huì)是一項(xiàng)持續(xù)的工作。”

當(dāng)新聞媒體在今年1月初報(bào)道了有關(guān)“幽靈”和“熔斷”的新聞之后,Intel的股價(jià)遭受重?fù)?,因?yàn)橥顿Y者害怕安全問題會(huì)減緩芯片銷售。

最近,一些分析師認(rèn)為,內(nèi)置保護(hù)措施的全新Intel芯片可能會(huì)刺激更多的銷售,因?yàn)槠髽I(yè)希望升級(jí)到更安全的硬件。

Intel的股價(jià)今年迄今為止已經(jīng)增長了12%,超過了標(biāo)準(zhǔn)普爾500指數(shù)3%的增幅。

科再奇說:“我們從一開始就說,我們認(rèn)為影響微不足道。分析師需要意識(shí)到,我們持續(xù)進(jìn)行此類改進(jìn)——提高安全性和性能以及增加新功能,以推動(dòng)升級(jí)換代。”

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