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Intel 幽灵/熔断漏洞修复幕后故事:从软到硬

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Intel CEO 科再奇近日宣布,过去五年发布的 Intel 处理器已经全部修复了 Spectre 幽灵漏洞的第一个变种,而在下一代处理器中将重新设计硬件,完全免疫幽灵漏洞第二个变种和 Meltdown 熔断漏洞。作为全球  x86 处理器市场的龙头老大,Intel 面临如此严重的漏洞危机,到底是如何应对解决的?幕后又有哪些鲜为人知的故事呢?

《财富》杂志近日特意撰文,从另外一个视角解读了这次漏洞事件,标题 “ How Intel Is Moving From Software Fixes to Hardware Redesigns to Combat Spectre and Meltdown ” ( Intel 在应对“ 幽灵 ”和“ 熔断 ”漏洞时,如何把策略从软件修复转变为重新设计硬件)。

原文编译如下:

几个星期前,在芯片制造商 Intel 工作了  20 年的资深高管 Ronak Singhal 正准备前往他在以色列最喜欢的餐厅 Helena 就餐,但在他前往这个位于海法南部地中海岸边的高级餐厅,与同事们一起庆祝升职之前,他不得不向公司的一个软件合作伙伴解释,Intel 如何为 “ 幽灵 ”和“ 熔断 ”安全问题打补丁。

当晚,负责 Intel 所有处理器架构开发的 Singhal 要面对的问题是:补丁出了问题。

在全世界运行 Intel CPU 的数百万台电脑中,“ 幽灵 ”的一个补丁会导致某些计算机死机或自动重启。虽然这只影响了一小部分市场,但已经蔓延到足以让 PC 制造商惊慌失措的程度,他们立即暂时召回了更新后的软件。

Linux 之父 Linus Torvalds 甚至被气得公开宣布 Intel 的工作“ 是垃圾 ”。

Singhal 解释说,补丁使用了一些 Intel 以前从未在其软件中使用过的技术,有些情况下并没有达到预期的效果。

他花了一个多小时才打消了承包商的担忧—— Singhal 的同事们迟迟等不到他,就先吃饭了。

“他们还为我迷路了或者被绑架了。”他以开玩笑的口吻回忆起这件事。

他最后确实参加了聚会,吃了一盘 Helena 餐厅的招牌鱿鱼。

几周后,Intel 发布了修正补丁,从那时起,针对计算史上最严重安全事件之一的修复工作进展顺利。北京时间 3 月 15 日深夜,Intel 宣布已为过去 5 年所生产的所有芯片全面部署了补丁。

对 Singhal 来说,下一步就是把修复措施直接嵌入即将发布的处理器硬件中,而改进后的硬件设计将为今年下半年发布的第八代酷睿处理器,以及有望在第四季度推出的代号为“ Cascade Lake ”的至强服务器芯片做好准备。

Singhal 说:“把保护措施植入硬件,这消除了软件补丁对性能的巨大影响。”

Intel CEO 科再奇告诉《财富》杂志:“我们的第一套软件防御措施已经发挥作用了。我们已经完成了对最近 5 年和最新发布产品的修复。现在开始实施硬件防御措施,后者将植入我们的芯片内。”

“ 幽灵 ”和“ 熔断 ”的变体 1、2、3

这些严重的安全漏洞存在于 Intel 及其竞争对手在过去几十年制造的几乎所有芯片中。去年夏天刚发现的时候,这些漏洞并不起眼。

Google 一个特别安全漏洞研究团队的研究人员在去年 6 月向 Intel 安全部门通报说,他们在 CPU 设计的关键部分发现了一个问题。

现代芯片通常有很多空闲的处理能力,因此,程序在早期步骤执行完毕之前,会计算几个解决问题的选项,这是情理之中的事。这种被称为预测执行的性能增长策略随后会丢弃不符合早期步骤执行结果的答案。

但是,Google 研究人员,以及随后的几个学术界团队,都发现了欺骗芯片、使其泄露密码和加密密钥等数据的方式,因为预测执行计算使用了这些数据。

研究人员把这种欺骗方法的其中两个变体称为“ 幽灵 ”,这是《007》电影中与詹姆斯·邦德对抗的邪恶组织的名称,并把第三个变体称为“熔断”,因为它可以有效地“熔断”安全障碍。

这个危险对于云服务器来说尤其严重,因为来自多个客户的程序可能会在同一个芯片上并在网络浏览器中运行,而网络浏览器可能不知不觉地执行来自一个网站的代码。

2017 年 7 月初,Intel 和其它芯片制造商已经意识到该问题影响范围巨大,并召集了多个小组来开发解决方案。

Singhal 召集了一次晨会,有时候会持续两个小时,以此来协调  Intel 在俄勒冈州、加州、德克萨斯州和以色列的应急响应办公室。来自不同时区的人不停歇地全天候处理这个问题。

自始至终,计划都是首先发布软件补丁,然后把保护措施纳入未来的芯片设计中。

软件补丁的代价是降低了受影响 CPU 的性能,而降低的程度取决于 Intel 芯片的类型,以及运行的程序。

在一台配备 Kaby Lake 酷睿 i7 处理器的 PC 上进行的测试表明,大多数应用的速度降低了不到 10% ,在日常使用中难以觉察到。

微软警告说,运行 Windows 7/8 系统以及 5年前的 Intel Haswell 处理器的 PC 会受到重大影响。

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Intel 最新的安全措施

为此,Intel CEO 科再奇设立了一个新的小组 IPAS ( Intel 产品保障与安全),不仅修复“ 幽灵 ”和“ 熔断 ”漏洞,还将更高效地应对未来的安全问题。1979 年就加入 Intel 的高管 Leslie Culbertson 负责领导 IPAS 小组。

科再奇说,“这是一个全新的研究领域和全新的安全理解领域,需要 Intel 的长期投资”,重点将是发现未来的漏洞,还有如何让芯片更安全这个普遍问题,“你会看到持续的进展——这就是这个团队的工作”。

Singhal 说:“我们知道这不是故事的结局。对于我们很多人来说,这或许会是一项持续的工作。”

当新闻媒体在今年 1 月初报道了有关“幽灵”和“熔断”的新闻之后,Intel 的股价遭受重击,因为投资者害怕安全问题会减缓芯片销售。

最近,一些分析师认为,内置保护措施的全新 Intel 芯片可能会刺激更多的销售,因为企业希望升级到更安全的硬件。

Intel 的股价今年迄今为止已经增长了 12%,超过了标准普尔 500 指数 3% 的增幅。

科再奇说:“我们从一开始就说,我们认为影响微不足道。分析师需要意识到,我们持续进行此类改进——提高安全性和性能以及增加新功能,以推动升级换代。”

稿源:cnBeta、快科技,封面源自网络;

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