“芯片漏洞門”引發(fā)業(yè)界危機， 計算機安全問題再度升級

陳徐毅

2018年席卷全球的“芯片漏洞門”事件讓人們神經(jīng)緊繃，行業(yè)各方、各個IT領域都受到了不同程度的影響。Meltdown（熔斷）和Spectre（幽靈）兩組漏洞是這起事件的罪魁禍首，它們暴露了現(xiàn)代處理器的先天設計缺陷，允許黑客突破操作系統(tǒng)和用戶、進程間的隔離，從被攻擊系統(tǒng)內(nèi)存獲取敏感數(shù)據(jù)。

隨著兩組處理器漏洞事件的發(fā)展和愈演愈烈，英特爾、AMD的市值縮水，籠罩著CES 2018展會上空的陰霾，蘋果公司遭遇多地集體訴訟，一系列的問題仍在發(fā)酵，麻煩正不斷增多，整個業(yè)界從未感受到有史以來源自芯片安全的巨大壓力。

芯片門的起因

1月3日，安全小組Google Project Zero的研究員Jann Horn在其組織官博上公布了兩組芯片漏洞Meltdown和Spectre，分別對應全球統(tǒng)一漏洞庫的CVE-2017-5754、CVE-2017-5753/CVE-2017-5715。Meltdown的發(fā)現(xiàn)者包括三個獨立小組，Cyberus Technology小組、格拉茨技術(shù)大學研究小組得出相似結(jié)論。

兩組漏洞的起因皆為芯片廠商長期為提高CPU執(zhí)行效率而引入的兩個特征：Out-of-Order Execution（亂序執(zhí)行）和Speculative Execution（推測執(zhí)行）。人類將二十世紀工程學的偉大思想運用到計算機科學上，現(xiàn)代處理器為了提高執(zhí)行效率有別于早期處理器的順序指令執(zhí)行，對指令執(zhí)行進行相關(guān)性分析后進行亂序并行處理，這大大提高了CPU的性能。這種設計思想有賴于英特爾處理器的三級緩存構(gòu)架，線程之間共享緩存的設計。

為了確保并行執(zhí)行的準確性，處理器對執(zhí)行指令進行安全檢查，只有符合當前用戶權(quán)限的指令才能被執(zhí)行。然而這里有一個窗口期，在并行執(zhí)行的一段過程中，被加載到緩存的指令并不會接受安全檢查，而那些被丟棄的指令也不會在緩存中被重置。推測執(zhí)行在性能提升的方法上有別于亂序執(zhí)行，但是指令在緩存中的狀態(tài)卻是相似的。因此，緩存中的對象就成了著名的側(cè)信道攻擊的目標。攻擊者通過非正面推測緩存中的信息，以此獲得隱私數(shù)據(jù)。

行業(yè)各方措手不及

據(jù)稱，Jann Horn于2017年6月分別向三大芯片制造商報告了這一問題，可能是基于投資者和股東壓力，芯片商的答復比較含糊，處理結(jié)果也比較糟糕，直到今年1月漏洞曝光，一石激起千層浪，鋪天蓋地的麻煩接踵而至，終于誰都躲不過了。

起初英特爾首當其沖，老同行AMD則初步調(diào)查后聲稱有別于英特爾處理器的不同架構(gòu)，這次安全漏洞對自家處理器產(chǎn)品的影響幾乎為零。然而很快一記重拳就打在AMD的臉上，漏洞發(fā)布者和測試研究員旋即宣布AMD處理器同樣受到影響，同時ARM、英偉達無一幸免。英特爾CEO科再奇發(fā)布公開信，呼吁所有芯片商與相關(guān)的行業(yè)各方聯(lián)手共渡難關(guān)。這一次它們終于“乖乖站好”齊心協(xié)力。

事件發(fā)酵數(shù)日后，英特爾宣布針對各大操作系統(tǒng)發(fā)布了更新，這些更新將覆蓋近5年來超過90%的英特爾芯片產(chǎn)品。AMD則從一開始咬住“架構(gòu)不同”不松口到慢慢承認“可能會受到Spectre的影響”，然后默默更新補丁。影響最大的云端Linux各發(fā)行版相繼發(fā)布內(nèi)核安全補丁，為搶救Windows 10的微軟同樣忙得急火燎原。谷歌則宣布對部分自家產(chǎn)品作出了“優(yōu)雅地回避”，但未公布具體細節(jié)。2018 CES上各位巨頭一臉疲態(tài)，大伙相視而（苦）笑。

芯片門的影響

1月的業(yè)界身“芯”疲憊，Meltdown和Spectre一躍成為史上影響最深刻、最廣泛的史詩級安全漏洞，雖然至今還沒有一起關(guān)于該漏洞引發(fā)的安全實例，但是它的影響力和波及范圍足以令整個業(yè)界瑟瑟發(fā)抖。

Meltdown和Spectre同時影響1995年之后除2013年之前安騰、凌動之外的全系英特爾處理器，后者還影響AMD、ARM、英偉達的芯片產(chǎn)品，幾乎波及整個計算機處理器世界。受影響的操作系統(tǒng)包括Windows、Linux、Mac OS、Android?？萍计髽I(yè)重災區(qū)還包括微軟、亞馬遜、谷歌這類云計算大戶。

近期廠商更新的相應補丁雖解燃眉之急，但對處理器性能造成了最高30%的降速影響，這一結(jié)果相當于讓全球CPU技術(shù)進程倒退至少五年。

今年2月底，英特爾提供了針對Skylake架構(gòu)處理器的新微代碼，它適用于Skylake變種處理器以及之后的主流芯片漏洞的修復，其中Skylake、 Kaby Lake、Coffee Lake處理器存在的“幽靈”（Spectre）漏洞包括變種漏洞都能得到修復。這也是迄今為止業(yè)界所獲悉關(guān)于解決漏洞門問題最好的消息。

除了被迫在性能和安全之間作權(quán)衡之外，更重要的是，芯片安全已經(jīng)撼動了迄今為止的原始計算機架構(gòu)本身。二十一世紀人類亟需算力資源以求發(fā)展當下生機蓬勃的人工智能等技術(shù)之時，關(guān)于現(xiàn)代計算機架構(gòu)重構(gòu)的聲音歷經(jīng)半個多世紀或?qū)⒃俅胃∩纤妗?/p>