A sérülékenységi spektrum mérséklése technikák összessége a hibás számítógépes biztonság megszüntetésére . Ez a probléma a kísértet sebezhetőségének felfedezésével és népszerűsítésével merült fel, és biztonsági rést hagyott számos számítógépes rendszerben.
A teljesítmény javításának folyamatos kutatása arra késztette a gyártókat, hogy spekulatív kódfuttatást hajtsanak végre a processzoron belül, de ez a biztonság szempontjából költséges. A Spectre sebezhetőségének enyhítése a megszerzettnek gondolt, de a processzorok spekulatív végrehajtása által megnövekedett teljesítményért feláldozott biztonság helyreállítását célozza.
A kísértet támadások elleni védekezés nagy részét 3 kategóriában foglalhatjuk össze:
A mérséklésnek ez a három kategóriája alkalmazható szoftveres megoldásokkal vagy hardveres megoldásokkal.
A leghatékonyabb mérséklési megoldás a spekulatív végrehajtás letiltása a processzorokon, amely a Spectre típusú támadások végrehajtásához szükséges. Ez a megoldás nem reális, mert jelentős teljesítményvesztéshez vezetne.
Az egyik lehetséges mérséklési megoldás a Spectre számára a Safespec néven az, hogy ideiglenes struktúrát használ az eljárás visszatérési címének védelmére szolgáló mechanizmusként . Ez a struktúra azon adatok védelmére szolgál, amelyekre a spekulatív végrehajtás sor kerül. Ha az adatokat kereső utasítás sikeresen befejeződik (ami azt jelenti, hogy az utasítást a processzor engedélyezte, és nem ad hozzáférést az érzékeny adatokhoz), akkor az adatokat az úgynevezett állandó struktúrákba ( cache memóriába ) helyezzük át . Ellenkező esetben az adatok törlődnek az ideiglenes struktúrából, és soha nem kerülnek a gyorsítótárba. Ezért az utasítások adatai, amelyek nem eredményeznek sikert, láthatatlanok a támadó számára, mert nem kerülnek a számítógép memóriájába. Ez a megoldás megköveteli az ideiglenes struktúra számára fenntartott memóriaterület hozzáadását, amely teljes védelmet tesz lehetővé a Spectre típusú sebezhetőségek ellen. Hasonlóképpen, az Illinoisi Egyetem kutatói a Safespechez hasonló megoldást fejlesztenek. Ennek az Invispec nevű megoldásnak az a célja, hogy láthatatlanná tegye a cache spekulatív végrehajtásával kapcsolatos terheléseket. Ez a rejtés egy spekulatív pufferrel működik, amely hasonlóan működik a SafeSpec ideiglenes struktúráihoz, amelyek a betöltött információkat tárolják a gyorsítótár helyett. Mondottak szerint az egyetem, InvisiSpec képes kezelni az összhangot a cache adatokat, valamint a menedzsment Multi Thread kivégzések ellentétben SafeSpec és ideiglenes építményeket.
A PoisonIvy egy megoldás a spekulatív végrehajtás nyomon követésére és az integrált áramkörön kívüli adatok expozíciójának megakadályozására. Ez a megoldás megakadályozza vagy korlátozza egy harmadik fél esetleges hallgatását a memória buszon. A PoisonIvy figyeli az információáramlást, hogy felkutassa a spekulatív végrehajtás során keletkezett adatokat vagy az attól függő adatokat.
A Cambridge-i Egyetem 2010- ben kezdte fejleszteni a CHERI (Capability Hardware Enhanced RISC Instructions) nevű architektúrát . Jelenleg folyamatban van a CHERI architektúrának megfelelő processzor prototípus fejlesztése. Ez a prototípus fejlesztés alatt áll, és egy pillanatra arra törekszik, hogy egy programozható logikai áramkörön vagy FPGA-n (terepi programozható kaputömb) használja. Ezen kívül az egyetem létrehozta a QEMU alatt futó CHERI megvalósítását is . Végül ennek a processzornak megvan a saját adaptációja a FreeBSD-től, amely lehetővé teszi a processzor elindítását, de a memória védelmi lehetőségeinek használatát is. Az egyetem műszaki jelentést tett közzé2018. februára processzor teljesítményének kezelése a Spectre és a Meltdown támadások ellen . A CHERI típusú processzorok védettek az 1. és 3. típusú spektrum támadásokkal szemben.
Javasolt szoftveres megoldás az assembler utasítás használata LFENCE. Ez az utasítás megakadályozná a processzort abban, hogy előre végrehajtsa a műveleteket, és így ellensúlyozza a Spectre 1. variánst. Azonban megfontoltan kell használni, különben a teljesítmény komolyan veszélybe kerülhet.
Bizonyos architektúrákban, például az ARMv8 architektúrákban , feltételeket lehet rájuk MOVállítani az assembler parancsokkal CMOV, elágazás használata nélkül. Ennek eredményeként lehetséges enyhíteni a Spectre támadásainak egy részét. Egyes megvalósításokban továbbra is lehetséges a spekuláció , ebben az esetben a MOVfeltételeket korlátokkal kell párosítani. Ez a megoldás önmagában azonban továbbra is elegendő számos jelenlegi mikro-architektúrához.
A Retpoline (visszatérő trambulin) a 2. típusú spektrális támadások védelmére szolgáló megoldás, amely a visszatérő ágak cseréjén, valamint az RSB (Return Stack Buffer) szennyezésén alapul. A Retpoline beállításához hozzáférés szükséges a forráskódhoz és engedélyre van szükség a fordításhoz . A puffermemória szennyezésének eredeti alapelve az , hogy blokkolja a spekulatív végrehajtást a végtelen ciklust generáló assembler parancsok hozzáadásával, amíg a processzor észleli a veszélyes előrejelzést. A támadó a visszatérő verem puffer segítségével próbál információkat szerezni, amelyeken általában az összeállítási parancsok visszatérési címei vannak tárolva CALL. Ezek az adatok ezután visszaállíthatók egy visszahívás segítségével, ahol a processzor az adatokat közvetlenül a visszatérő verem pufferen keresi. A Retpoline azonban lehetőséget kínál arra, hogy megvédje magát a visszatérő verem címének módosításával, hogy különbség alakuljon ki a visszatérő verem puffer és a memória busz között. Végül ezzel a különbséggel a processzor ki tudja üríteni a visszatérő verem puffert, és folytathatja a kód végrehajtását a memória buszról letöltött címmel.
A webböngészőket is befolyásolja a hibaspektrum. Ennek enyhítése érdekében a legtöbb böngésző úgy döntött, hogy letiltja a JavaScript objektumot, SharedArrayBufferamely lehetővé tette tömb létrehozását megosztott memória használatával.
A 2018. január 3, A Project Zero kutatói cikket közölnek a Spectre és a Meltdown sebezhetőséggel kapcsolatos megállapításaikról . Ez a cikk jól látható volt, ami lehetővé tette a rosszindulatú emberek számára, hogy támadásokat hajtsanak végre azzal a céllal, hogy információkat rejtsenek el egy számítógépes rendszerben. Mivel a hiba a processzorok egy tulajdonságát érinti, fontos volt, hogy az érintett gyártók gyorsan javasolják a korrekciót, hogy a hatás a lehető legkisebb legyen.
Ban ben 2018. december, szép számmal olyan javítások kerültek bevezetésre, amelyek látszólag ellensúlyozzák a Spectre támadásokat. Azonban még mindig nem világos, hogy a biztonsági rés továbbra is fennáll-e a rendszerén, mivel az első javítások után új Spectre variánsokat fedeztek fel.
Lehetővé teszik annak ellenőrzését, hogy rendszerük sérülékeny-e ezekre a hibákra, valamint ingyenes hozzáférési kódot, amely lehetővé teszi a támadás újratermelését.
Mérhetjük a jelenleg alkalmazott mérséklési technikák teljesítményveszteségeit, és képet kaphatunk az eredményekről. Pontos eredményt azonban nehéz adni, mivel ezek a kontextustól és az alkalmazott mérséklési elvektől függően változhatnak.
Az elemzéseket nagy csomópontú párhuzamos számításokon végeztük több csomóponton , összehasonlítva őket az egy csomópontú számításokon végzett elemzésekkel. Ezeket az elemzéseket a CentOS Linux operációs rendszerrel és annak Spern- és Meltdown-támadásokban használt spekulatív végrehajtását és közvetett elágazást előrejelző hibáit rögzítő kernelének frissített változatával végeztük . Ezek az eredmények körülbelül 2-3% -kal lassabbak az egycsomópontú párhuzamos feladatoknál, és körülbelül 5-11% -kal lassabbak a több csomópontú párhuzamos feladatoknál.
Részletesebb elemzéseket végeztek a MIT Lincoln laboratóriumaiban, hogy elemezzék a Spectre és Meltdown mérséklési technikáit. A cél egy vagy több paraméter hozzáadásával kideríteni, hogy melyikeknek van a legnagyobb hatása a Linux kernelbázisból:
Ezeket a különböző paramétereket három különböző összefüggésben tesztelik:
Az eredmények a paraméterek alkalmazása utáni lassulás formájában kifejezett átlagos százalékban kifejezve a következők:
| Tűzfal nélkül | Tűzfallal | |
|---|---|---|
| Grsecurity nélkül | 15% | 21% |
| Grsecurity-val | 15% | 61% |
Vegye figyelembe, hogy a hatás nagyobb, ha ezeket a mérséklési technikákat tűzfalon alkalmazzák. A tűzfal használata ugyanis a TCP-kapcsolatok elfogadásakor sok átmenetet eredményez a felhasználói térből a kerneltérbe . Ezek az átmenetek számos olyan rendszerhívást adnak hozzá , amelyeket a mérséklő technikák befolyásolnak.
| Helyi környezet | Csillár | |
|---|---|---|
| Grsecurity nélkül | 50% | 33% |
| Grsecurity-val | 90% | 33% |
A merevlemez-hozzáférés eredménye kirívó. Ami a lemez írását és olvasását illeti, a rendszer drága rendszerhívásokat indít. Ezért logikus, hogy erőteljesen csökkenjen a teljesítmény, különösen az intenzív tesztek során. Azt is észrevesszük, hogy a hatás nagyobb a helyi környezetben, mint a Luster esetében. Ennek oka, hogy a Luster összességében lassabb, ha kis blokkméretekkel használják, amire a tesztelés során szükség volt.
| MATLAB | Tensorflow | |
|---|---|---|
| Minden enyhítési paraméter | 21% | 16% |
| Csak a BIOS frissítése | 19% | 15% |
Ez utóbbi összefüggésben az eredmények kevésbé változnak. A tesztek ugyanis kevés rendszerhívást indítanak. Látható azonban, hogy az összes korábban említett enyhítési paraméter alkalmazásakor a lassulás egybeesik azokkal az eredményekkel, amikor csak a BIOS frissítést alkalmazzuk. Ez azt jelenti, hogy a frissítés szükségességétől kezdve nehéz korlátozni a teljesítményvesztést.
Az elnök az Intel bejelentette a csökkentési lehetőség 1 szoftver megoldások és variánsok a 2. és 3. lényeges változások processzor 8 th generációs növelése az adatvédelem.
AMDBiztonsági szoftverfrissítéseket hajtott végre az AMD 2018 folyamán a kísértetek sebezhetőségének enyhítése érdekében.
A 2018. március 15, A Microsoft közzétesz egy cikket, amely három megoldást javasol a spekulatív végrehajtási sebezhetőségek enyhítésére: a spekulációs technikák megakadályozása, az érzékeny adatok eltávolítása a memóriából és a megfigyelési csatornák eltávolítása.
A Spectre 1 variáns megoldásaival kapcsolatban a Windows rendszer bináris fájljainak újrafordításán túl változtatásokat hajtottak végre a fordítójukon . A 2. variánst úgy sikerült ellensúlyozni, hogy új processzor-utasításokat hívtunk meg az ágspekulációk kiküszöbölésére kockázatos helyzetekben.
A 2018. december 5, A Microsoft bejelenti azt a döntést, hogy a Google által kifejlesztett Retpoline megoldást használja az operációs rendszer teljesítményének javítására a 2. spektrum variánssal szemben.
almaTechnikai megjegyzésben az Apple azt állítja, hogy kiadta az iOS és a macOS High Sierra frissítéseit, amelyek célja a Spectre elleni védelem javítása az alkalmazott mérséklési technikák részletezése nélkül.
LinuxLinux alatt megtudható, hogy a rendszere sérülékeny- /sys/devices/system/cpu/vulnerabilitiese a fájlokkal spectre_v1és a mappában található két Spectre variánssal szemben spectre_v2. Ugyanez az információ a linux paranccsal is megszerezhetőlscpu
Példa a frissített rendszerű fájlok tartalmára:
/sys/devices/system/cpu/vulnerabilities/spectre_v1:Mitigation: __user pointer sanitization /sys/devices/system/cpu/vulnerabilities/spectre_v2:Mitigation: Full generic retpoline, IBPB: conditional, IBRS_FW, STIBP: disabled, RSB fillingAz 1. get_userspektrumváltozatot a Linux kerneljében a sérülékeny funkció javításával, a 2-es változatot pedig a Retpoline megoldással elleneztük.
A Google Chrome böngésző elkülöníti az egyes webhelyeket a különböző folyamatok között. Ez az elkülönítés nem enyhíti teljes mértékben a spektrális támadásokat, a CORB-hez (Cross-Origin Read Blocking) kapcsolódó korlátozások miatt, amelyek nem védenek minden típusú webtartalmat. A webfejlesztőknek ezért azt javasolják, hogy kövessék a biztonsági gyakorlatokat az enyhítés maximalizálása érdekében.
A JavaScript objektumot SharedArrayBufferletiltották a Chrome 63 frissítésében. A Chrome 67-től kezdve az objektumot újra engedélyezték, feltéve, hogy a böngészőben engedélyezve van a webhelyek elkülönítése.
MozillaFirefox böngészőjüknél a Mozilla SharedArrayBufferalapértelmezés szerint deaktiválta a JavaScript objektumot az 57-es verziótól. Azonban a böngésző opcióiban egy változó megváltoztatásával aktiválható.
Ezenkívül az performance.now()időbélyeg létrehozására szolgáló JavaScript függvény , amely állítólag pontosabb, mint a függvény Date.now(), bizonyos módosításokon ment keresztül. A 60-as verziótól kezdve a függvény által visszaadott eredményt ezredmásodpercre kerekítjük.