近期曝光的“融化”(Meltdown)和“幽靈”(Spectre)芯片漏洞令行業(yè)震驚。其實(shí)，早在2005年，研究人員就開始討論芯片的安全弱點(diǎn)。隨后，不斷有研究人員發(fā)現(xiàn)英特爾芯片的內(nèi)核存在安全隱患。不過，一些研究人員認(rèn)為，這一漏洞很明顯，英特爾在測試中就能發(fā)現(xiàn)，不可能會被用于攻擊中。在得知芯片漏洞后，英特爾與微軟公司、谷歌公司等大型科技公司合作，花費(fèi)了幾個(gè)月時(shí)間秘密開發(fā)更新修復(fù)漏洞，最終才公布。
以下是文章摘要：
那是去年11月底。當(dāng)英特爾公司前工程師托馬斯·普雷舍爾(Thomas Prescher)正在德國德累斯頓與好友享用啤酒和漢堡時(shí)，話題有些掃興地轉(zhuǎn)移到了半導(dǎo)體上。
漏洞的發(fā)現(xiàn)
幾個(gè)月前，網(wǎng)絡(luò)安全研究員安德斯·福格(Anders Fogh)發(fā)表了一篇博文，暗示有一種方法或許能夠侵入驅(qū)動(dòng)著全球多數(shù)電腦的芯片。
他們一群朋友在那天晚上抽出了一些時(shí)間試圖弄明白這件事。普雷舍爾對這件事一直念念不忘，于是當(dāng)他回到家后，他便打開自己的臺式機(jī)，驗(yàn)證這一理論。凌晨2點(diǎn)，普雷舍爾取得了突破性進(jìn)展：他串連起了能夠進(jìn)一步證實(shí)福格想法的代碼，這些代碼表明芯片存在嚴(yán)重漏洞。
“我的第一反應(yīng)是，‘這不可能是真的，這不可能是真的’，”普雷舍爾表示。
上周，他最怕的事情成真。英特爾證實(shí)，所有現(xiàn)代處理器都可以被名為“融化”(Meltdown)和“幽靈”(Spectre)的技術(shù)所攻擊，導(dǎo)致重要數(shù)據(jù)泄露，例如密碼和加密密鑰。包括微軟公司、蘋果公司、谷歌公司以及亞馬遜公司在內(nèi)的全球大型科技公司急忙為他們的PC、智能機(jī)以及服務(wù)器發(fā)布更新。一些公司還警告，在某些情況下，他們的補(bǔ)丁可能會影響設(shè)備性能。
普雷舍爾是發(fā)現(xiàn)“融化”和“幽靈”漏洞的至少10位全球研究員和工程師之一，他們有時(shí)獨(dú)立展開研究，有時(shí)一起共同研究。通過對其中幾位研究員的采訪可以知道，盡管芯片行業(yè)一直在說要努力確保計(jì)算機(jī)的安全，但是卻未能發(fā)現(xiàn)一個(gè)會導(dǎo)致機(jī)器如此易于攻擊的共同特性。
奧地利格拉茨技術(shù)大學(xué)研究員施瓦茨(最左)和格魯斯(最右)
“這讓你不寒而栗，”保羅·柯歇爾(Paul Kocher)表示，他協(xié)助發(fā)現(xiàn)了“幽靈”漏洞，在去年離開芯片公司Rambus后開始研究安全和性能之間的平衡，“人們看重的是處理器的性能，而不是安全。”
所有處理器制造商都在試圖加快處理器處理數(shù)據(jù)，運(yùn)行程序的速度，方法就是為它們增加推測功能。通過執(zhí)行推測程序，微處理器獲取他們預(yù)計(jì)下一步需要的數(shù)據(jù)。
“幽靈”漏洞能夠欺騙處理器，讓它執(zhí)行推測程序，然后利用處理器檢索數(shù)據(jù)所花費(fèi)的時(shí)間信息來推測信息的細(xì)節(jié)。“融化”漏洞則能夠直接曝光數(shù)據(jù)，它可以破壞內(nèi)核區(qū)分不同應(yīng)用信息的方法。內(nèi)核是每臺計(jì)算機(jī)核心部分的重要軟件。
2005年初見端倪
至少早在2005年，研究人員就開始發(fā)表文章，討論CPU內(nèi)核存在安全弱點(diǎn)的可能性。澳大利亞阿德萊德大學(xué)研究院尤瓦爾·亞羅姆(Yuval Yarom)協(xié)助發(fā)現(xiàn)了“幽靈”漏洞，他發(fā)布了一些早期研究成果。
2013年，其他研究論文顯示，CPU能夠允許未經(jīng)授權(quán)的用戶看到內(nèi)核的布局。所謂的內(nèi)核就是指導(dǎo)計(jì)算機(jī)執(zhí)行軟件、安全管理以及分配資源等重要任務(wù)的一系列指令。這一漏洞就是日后曝光的KASLR破解，是上周所公布的部分漏洞的基礎(chǔ)。
2016年，菲利克斯·威廉(Felix Wilhelm)和其他人的研究展示了早期版推測執(zhí)行程序如何導(dǎo)致芯片遭到攻擊，泄露數(shù)據(jù)。近期的推文顯示，被認(rèn)為首次報(bào)告了“融化”和“幽靈”漏洞的年輕谷歌研究員雅恩·霍恩(Jann Horn)受到了這一研究部分內(nèi)容的啟發(fā)。
2016年8月，在拉斯維加斯舉行的一次重要網(wǎng)絡(luò)安全會議——美國黑帽大會上，奧地利格拉茨技術(shù)大學(xué)的一支團(tuán)隊(duì)介紹了他們在當(dāng)年早些時(shí)候的一項(xiàng)研究，旨在防止英特爾芯片的內(nèi)核存儲遭到攻擊。團(tuán)隊(duì)成員之一的丹尼爾·格魯斯(Daniel Gruss)恰好與福格同住一間酒店客房。福格是IT安全咨詢公司G Data Advanced Analytics的惡意軟件研究員，他一直對側(cè)信道攻擊(Side Channel Attack)很感興趣。側(cè)信道攻擊利用芯片結(jié)構(gòu)迫使計(jì)算機(jī)披露數(shù)據(jù)。
漏洞明顯以至于無人相信
福格和格魯斯徹夜討論了隨后發(fā)展為“融化”和“幽靈”漏洞的理論基礎(chǔ)。但是，和一年多后的普雷舍爾一樣，格拉茨技術(shù)大學(xué)的團(tuán)隊(duì)當(dāng)時(shí)懷疑這不是一個(gè)真正的漏洞。格魯斯回憶道，他當(dāng)時(shí)對福格稱，芯片制造商會在測試過程中發(fā)現(xiàn)如此明顯的安全漏洞，絕不會銷售存在這種漏洞的芯片。
在2016年11月初舉行的歐洲黑帽大會上，福格再次闡述了這一發(fā)現(xiàn)，這次是向奧地利格拉茨技術(shù)大學(xué)的研究員邁克爾·施瓦茨(Michael Schwarz)。兩人討論了側(cè)信道攻擊可能會攻破虛擬化計(jì)算的安全防護(hù)。虛擬化計(jì)算是日益流行的云服務(wù)的重要組成部分，它本該是安全的，因?yàn)槊總€(gè)虛擬化計(jì)算會話旨在分離不同客戶的信息，即便這些信息是在同一臺服務(wù)器上。
發(fā)現(xiàn)芯片漏洞的全球網(wǎng)絡(luò)安全研究人員
盡管獲得了福格的鼓勵(lì)，但是奧地利格拉茨技術(shù)大學(xué)的研究人員依舊不認(rèn)為這種攻擊能夠在實(shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)。”這么大的漏洞，英特爾發(fā)現(xiàn)不了嗎？這不可能，”施瓦茨回憶稱。因此，該團(tuán)隊(duì)并未在這方面投入大量時(shí)間。
2017年1月，福格表示，他終于弄清楚了推測執(zhí)行程序與內(nèi)核攻擊之間的聯(lián)系。他在1月12日舉行的一次行業(yè)大會上提到了他的發(fā)現(xiàn)，然后在3月把這一想法告訴了奧地利格拉茨技術(shù)大學(xué)團(tuán)隊(duì)。
2017年年中，奧地利格拉茨技術(shù)大學(xué)研究員開發(fā)了一個(gè)名為KAISER的軟件安全補(bǔ)丁，旨在修復(fù)KAISER破解漏洞。這一補(bǔ)丁針對的是Linux系統(tǒng)，后者是全球最受歡迎的開源操作系統(tǒng)。Linux控制著服務(wù)器，所以它對云計(jì)算至關(guān)重要。此外，它還驅(qū)動(dòng)著多數(shù)移動(dòng)設(shè)備所使用的Android操作系統(tǒng)。鑒于它的開源屬性，所有人建議Linux更新應(yīng)該公開分享。KAISER補(bǔ)丁在開發(fā)者社區(qū)廣受好評。不過，研究員們當(dāng)時(shí)不知道，他們的補(bǔ)丁能夠協(xié)助預(yù)防“融化”漏洞攻擊。
漏洞逐漸顯現(xiàn)
7月28日，福格發(fā)布博文，詳細(xì)介紹了如何利用“融化”式攻擊從實(shí)際電腦中竊取信息。但是，他依舊未能說服其他研究員，讓他們相信這一漏洞可能會被真正用于從芯片中竊取數(shù)據(jù)。福格還提到了一項(xiàng)未完成的研究，并把它稱之為“潘多拉的魔盒”。這項(xiàng)研究針對的就是后來的“幽靈”漏洞，當(dāng)時(shí)同樣沒有引起注意。
不過，夏末秋初之際，奧地利格拉茨技術(shù)大學(xué)團(tuán)隊(duì)的態(tài)度迅速改變。他們發(fā)現(xiàn)，谷歌、亞馬遜、微軟的研究員在他們的KAISER補(bǔ)丁上的編程活動(dòng)迅速增加。這些巨頭不斷推廣他們的更新，并設(shè)法說服Linux社區(qū)接受，但是并未說明原因。
“這有些令人懷疑，”施瓦茨稱。提交特定Linux更新的開發(fā)者往往會解釋為何作出改變，但是這一次卻對一些細(xì)節(jié)含糊其辭。“我們想知道為何這些人投入了如此多的時(shí)間開發(fā)更新，而且不惜代價(jià)地把它整合到Linux中，”他表示。
在施瓦茨和其他研究員看來，原因只有一個(gè)：可能存在一種強(qiáng)有力的攻擊方法，能讓這些漏洞曝光。科技巨頭們都爭取在世界上各種惡意攻擊黑客發(fā)現(xiàn)它之前秘密修復(fù)漏洞。
谷歌神童獨(dú)立發(fā)現(xiàn)
福格和奧地利格拉茨技術(shù)大學(xué)團(tuán)隊(duì)不知道的是，谷歌22歲神童霍恩已經(jīng)在4月份獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了“融化”和“幽靈”漏洞。霍恩是谷歌Project Zero團(tuán)隊(duì)一員，該團(tuán)隊(duì)集結(jié)了頂尖安全研究人員，任務(wù)是發(fā)現(xiàn)“零日”安全漏洞——發(fā)現(xiàn)第一天就會引發(fā)攻擊的漏洞。
6月1日，霍恩向英特爾以及AMD、ARM等其他芯片公司告知了他的發(fā)現(xiàn)。英特爾在不久后告知了微軟。就在那時(shí)，大型科技公司開始秘密研究修復(fù)方案，包括使用奧地利格拉茨技術(shù)大學(xué)團(tuán)隊(duì)的KAISER補(bǔ)丁。
到了11月，微軟、亞馬遜、谷歌、ARM以及甲骨文公司向Linux社區(qū)提交了如此多的更新，以至于更多網(wǎng)絡(luò)安全研究人員開始意識到，一樁奇怪的大事正在發(fā)生。
11月底，IT公司Cyberus的另外一只團(tuán)隊(duì)相信，英特爾已經(jīng)向主要客戶告知了這一漏洞，但是向Linux開發(fā)者社區(qū)隱瞞了事情的全部真相。
普雷舍爾是Cyberus團(tuán)隊(duì)成員之一。在他那天熬夜在德累斯頓發(fā)現(xiàn)漏洞后，他把這一發(fā)現(xiàn)告知了Cyberus首席技術(shù)官維爾納·哈斯(Werner Haas)。在面對面會談前，哈斯確定自己戴上了一頂斯泰森氈帽，這樣他就能向普雷舍爾說：“我要向你脫帽致敬。”
12月3日，一個(gè)平靜的周日下午，奧地利格拉茨技術(shù)大學(xué)團(tuán)隊(duì)研究員進(jìn)行了類似的測試，證明確實(shí)可以發(fā)動(dòng)“融化”漏洞攻擊。“我們當(dāng)時(shí)說，‘上帝啊，這不可能。我們肯定犯錯(cuò)了，處理器中不該出現(xiàn)這種錯(cuò)誤，’，”施瓦茨回憶稱。
第二天，奧地利格拉茨技術(shù)大學(xué)團(tuán)隊(duì)把這一發(fā)現(xiàn)告知了英特爾，幾乎與與Cyberus同時(shí)。可是，一個(gè)多星期過去了，英特爾沒有給予任何回復(fù)。“我們很吃驚：沒有收到任何回復(fù)，”施瓦茨稱。
12月13日，英特爾告訴Cyberus和奧地利格拉茨技術(shù)大學(xué)團(tuán)隊(duì)，他們發(fā)現(xiàn)的問題已經(jīng)由霍恩和其他人報(bào)告。英特爾一開始不愿讓他們參與進(jìn)來。經(jīng)過施壓后，英特爾同意讓這兩個(gè)團(tuán)隊(duì)與其他研究人員保持聯(lián)系。他們?nèi)奸_始協(xié)調(diào)作出一個(gè)更為廣泛的回應(yīng)，包括同時(shí)發(fā)布更新后的補(bǔ)丁。
公布漏洞
英特爾在美國太平洋時(shí)間1月3日12點(diǎn)發(fā)布了一份聲明，并在兩個(gè)小時(shí)后舉行電話會議，解釋了這個(gè)可能影響整個(gè)行業(yè)的漏洞。
不過，團(tuán)結(jié)一致只是幻想。在英特爾電話會議開始不久后，對手AMD就單獨(dú)發(fā)布了一份聲明稱，他們的產(chǎn)品幾乎不存在被攻擊的風(fēng)險(xiǎn)。知情人士稱，在經(jīng)過了6個(gè)多月的協(xié)作后，英特爾在最后時(shí)刻單獨(dú)行事，并未與之前的合作伙伴協(xié)商，提前發(fā)布了公開聲明。