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英特爾芯片漏洞事件：2011年后芯片全涉及 設(shè)計缺陷致安全事故頻發(fā)
還記得英特爾處理器2018 年初爆出的嚴重漏洞“幽靈”和“熔斷”嗎？它們影響了20 多年來所有的芯片。（英特爾處理器被谷歌一團隊爆出存在嚴重漏洞，1995年之后的系統(tǒng)都受影響| 技術(shù)詳解）
美國時間5 月14 日，英特爾芯片又爆出了一組新的嚴重漏洞，共包含4 個bug，官方命名為“微架構(gòu)數(shù)據(jù)采樣漏洞（Microarchitectural Data Sampling）”，但漏洞發(fā)現(xiàn)者給它起了一個更酷的名字——“ZombieLoad（僵尸負載）”。
從披露的數(shù)據(jù)來看，它幾乎影響所有2011 年以后的英特爾芯片，無論是PC 處理器，還是服務(wù)器處理器，都會受到影響，涵蓋Xeon 、Broadwell 、Sandy Bridge 、Skylake 、Coffee Lake 和Atom 等多個家族。
這組漏洞允許黑客通過旁路攻擊的方式，繞開芯片的加密算法，直接獲得CPU 正在處理的程序數(shù)據(jù)和帳號密碼等敏感信息。如果該核心在并行處理多組數(shù)據(jù)，它們都會遭到泄漏，而用戶可能對此一無所知。
英特爾官方表示，尚未發(fā)現(xiàn)利用該漏洞的攻擊事故，并且強調(diào)了漏洞“只能讓攻擊者獲得攻擊時的數(shù)據(jù)”，而不是“任何他想要獲得的數(shù)據(jù)”，試圖淡化漏洞的負面影響。
芯片設(shè)計缺陷導(dǎo)致的漏洞
與之前的“幽靈”和“熔斷”漏洞類似，“ZombieLoad”也是由芯片設(shè)計缺陷導(dǎo)致的漏洞。這意味著攻擊者無需運行木馬等惡意軟件，就有機會獲取處理器中的核心數(shù)據(jù)。不過之前不同的是，該漏洞只影響英特爾的芯片，并不影響AMD 和ARM 架構(gòu)芯片。
“ZombieLoad”最早在2018 年被多個獨立安全團隊發(fā)現(xiàn)，包括英特爾內(nèi)部團隊和奧地利格拉茨科技大學(xué)團隊。后者對其觸發(fā)機制、工作原理和影響范圍進行了深入研究，并且在去年6 月匯報給了英特爾。
他們認為，該漏洞比“幽靈”更容易觸發(fā)，但比“熔斷”更難觸發(fā)。
從整體上看，攻擊者利用該漏洞的方式與利用“熔斷”漏洞的方式類似，根源都在于“預(yù)測執(zhí)行（speculative execution）”和“亂序執(zhí)行（out-of-order execution）”。
兩者都是現(xiàn)代處理器常用的優(yōu)化技術(shù)。前者指的是CPU 會預(yù)測未來一段時間內(nèi)可能會用到的數(shù)據(jù)并執(zhí)行計算，這樣就可以在需要時立刻使用計算結(jié)果。后者指的是CPU 不會嚴格按照指令的順序串行執(zhí)行，而是將指令分組并行執(zhí)行，最后再整合每組指令的執(zhí)行結(jié)果。
如果遇到了異常指令或預(yù)測錯誤，CPU 會丟掉之前的計算結(jié)果，恢復(fù)到預(yù)測執(zhí)行和亂序執(zhí)行之前的狀態(tài)，然后再重新執(zhí)行計算任務(wù)。
這樣設(shè)計的初衷是靈活利用緩存和并行處理能力，提升CPU 的運算性能。然而，之前的“熔斷”漏洞就是利用了“異常指令出現(xiàn)時，CPU 緩存內(nèi)容不會恢復(fù)”的設(shè)計缺陷。
雖然英特爾之后推出了多個安全補丁封堵漏洞，但這次的“ZombieLoad”依舊借助亂序和預(yù)測執(zhí)行的設(shè)計缺陷，攻陷了芯片的防護機制，證明類似的變種攻擊手段仍然有效。
具體來說，“ZombieLoad”可以歸納為微架構(gòu)數(shù)據(jù)采樣漏洞（MDS）。它可以在不觸發(fā)架構(gòu)異常的情況下，僅憑微架構(gòu)指令錯誤，比如在微架構(gòu)內(nèi)部重新發(fā)送內(nèi)存請求，就能發(fā)動攻擊，獲取處理器中的數(shù)據(jù)。
與“熔斷”不同的是，“ZombieLoad”獲取的是芯片內(nèi)部緩沖區(qū)（buffer）的數(shù)據(jù)。如果我們將CPU 視為不同組件構(gòu)成的小型網(wǎng)絡(luò)，那么在程序運行時，緩沖區(qū)就負責(zé)儲存組件之間通信的數(shù)據(jù)流量。
這些流量本來只屬于對應(yīng)程序的，比如你在用瀏覽器查看什么網(wǎng)頁，輸入的賬號密碼，其它程序無法獲取。不過攻擊者可以通過“ZombieLoad”漏洞欺騙CPU，截獲這些敏感數(shù)據(jù)。
研究人員指出，對于PC 用戶來說，這種漏洞可能會導(dǎo)致特定隱私數(shù)據(jù)泄露，包括帳號、密碼、姓名和地址等等。他們還展示了一個小型的攻擊演示，證明用戶數(shù)據(jù)確實會在毫不知情的情況下被惡意盜取。圖| 安全研究人員展示用ZombieLoad 漏洞實時監(jiān)視用戶所瀏覽的網(wǎng)頁(來源：zombieloadattack.com）
更嚴重的是，對于亞馬遜和微軟這樣的云服務(wù)提供商，服務(wù)器處理器很可能會同時處理多個客戶的需求，“ZombieLoad”這樣的漏洞就會變得非常惡劣，一旦被濫用，可能導(dǎo)致大規(guī)模的機密數(shù)據(jù)泄露。
不過想要觸發(fā)該漏洞也很困難，攻擊者必須獲得接觸機器的機會，還要運行惡意軟件，而且還只能獲得正在運行中的程序的數(shù)據(jù)，不能選擇自己想要竊取的數(shù)據(jù)。這一點大大降低了它對于黑客的價值。
打補丁堵漏洞，但處理器性能可能下降
目前，英特爾已經(jīng)放出了漏洞補丁，將聯(lián)合電腦OEM 廠商推送微碼更新（MCU），部分受影響的處理器性能將會略微下降（1% 19% 不等）。
由于“ZombieLoad”漏洞是由英特爾公司和第三方安全研究公司聯(lián)合公布的，按照業(yè)界慣例，他們會提前通知各大設(shè)備廠商，給他們充足的時間開發(fā)補丁。因此，微軟、蘋果、谷歌和亞馬遜等公司也都發(fā)出公告，紛紛表示已經(jīng)或即將為旗下產(chǎn)品推送安全補丁，封堵漏洞。
從英特爾官方和微軟、蘋果、谷歌等企業(yè)的迅速行動來看，“ZombieLoad”漏洞或許不會對日常生活造成太大的影響，大部分處理器性能的縮水也都在可接受范圍內(nèi)，因此我們也不必太過擔(dān)心，積極安裝官方推送的安全補丁即可。圖| 對英特爾酷睿i9-9900K 處理器的影響（來源：英特爾）
PC 領(lǐng)域兩巨頭之一的蘋果公司表示，系統(tǒng)更新至Mojave 10.14.5 的蘋果電腦將會是安全的，并且不會有顯著的性能影響，除非用戶選擇運行全套安全補丁，則可能受到最高為40% 的性能損失。微軟同樣已在最新的系統(tǒng)更新里部署相關(guān)的補丁。
在移動設(shè)備與云服務(wù)領(lǐng)域，谷歌表示，只有使用英特爾芯片的安卓系統(tǒng)才會有漏洞，用戶需要安裝具體設(shè)備產(chǎn)商最新的更新來補上漏洞，而谷歌自主的Chromebook 產(chǎn)品則已經(jīng)完成補丁更新。亞馬遜則在第一時間更新了所有AWS 的主機，表示產(chǎn)品已不會收到此漏洞的影響。
本次的“ZombieLoad”漏洞并非是英特爾芯片的第一個大規(guī)模嚴重漏洞。早在2018 年1 月3 日，英特爾的芯片產(chǎn)品就曾被爆出存在巨大的設(shè)計缺陷，能夠引起兩種網(wǎng)絡(luò)黑客攻擊。它們就是大名鼎鼎的“熔斷（Meltdown）”和“幽靈（Spectre）”。（來源： 格拉茨技術(shù)大學(xué)/Natascha Eibl）
“熔斷”是一種打破應(yīng)用程序與操作系統(tǒng)之間隔離的攻擊。當(dāng)隔離消失后，軟件就可以直接訪問內(nèi)存，從而直接調(diào)取其他應(yīng)用程序和系統(tǒng)資源；“幽靈”則是一種打破不同應(yīng)用程序之間隔離的攻擊。它可以讓黑客進行偽裝，騙過系統(tǒng)的檢測，最終達到調(diào)取資源的目的。
在這兩個漏洞中，英特爾處理器沒有對兩種訪問方式進行限制，處理器直接給一些存在安全隱患的操作開了綠燈。
當(dāng)然，同樣按照業(yè)界慣例，這兩個漏洞也是與各大公司的安全補丁同時公布的。沒有打補丁的朋友一定要立刻去進行系統(tǒng)更新！
數(shù)據(jù)安全是一個嚴肅的話題，尤其是當(dāng)今，我們把大量的信息都以數(shù)據(jù)形式存在了個人電腦以及云端。來自處理器的設(shè)計缺陷會致使這些數(shù)據(jù)被盜竊和濫用，導(dǎo)致用戶損失個人財產(chǎn)。當(dāng)AI 技術(shù)商業(yè)落地后，安全漏洞和處理器效率的重要性幾乎是等價的，它們分別影響了用戶使用服務(wù)的保障以及服務(wù)體驗。作為該領(lǐng)域最重要的硬件廠商，英特爾更應(yīng)該做好這方面工作，這是不可推卸的責(zé)任。
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