meltdown漏洞解释

我刚刚阅读了有关“ Meltdown” CPU安全漏洞的白皮书，因为我很好奇这里到底发生了什么。 白皮书对此进行了详细说明，但由于篇幅较长且学术性强，因此我认为应该有一个更简单的概述。

Meltdown攻击是绕过许多现代CPU的安全检查的一种巧妙方法，它允许从未修补操作系统上的任何进程读取内核模式内存。

本文介绍了其实际工作原理-您可以在Meltdown网站和其他地方有关这些漏洞的影响的信息。

首先，将其称为“ bug”（尽管有很多）可能有点夸大其词-CPU的功能与广告宣传的一样。 问题是有人想出了如何读取由操作避免的副作用的方法。

接下来是一些技术性知识，但我将尝试尽可能简单地进行解释。 当然，我已经掩盖了细节-这里的目的只是从概念上传达其工作原理。

在找到问题的实际原因之前，您需要了解一些先决条件。

先决条件＃1-CPU内存缓存

CPU高速缓存是CPU上的一块内存，用于存储最近访问的数据页。 因为这些页面直接缓存在CPU上，所以访问它们的速度比必须一直回到主内存的速度要快。

当CPU从主内存中读取数据时，它将在CPU缓存中缓存该页面的副本。 下次如果需要缓存页面时，它需要从主内存中读取数据，它可以从速度更快的CPU缓存中加载该值。

高速缓存中的每个页面为4096字节，并且高速缓存足以存储其中的许多页面（取决于CPU）

前提条件2-乱序执行

每个CPU内核都有多个执行单元，每个执行单元都可以执行不同类型的操作。

例如：一个Intel i7具有17至20个执行单元— 2x整数伪指令，1x除法，1x装载存储器，1x存储存储器单元等…

为了使这些单元尽可能繁忙，CPU将等待即将到来的指令，并在等待时在不同的执行单元上开始执行它们 当前指令完成。

（这是一个过于简化的视图，但足以用于本次讨论。实际上，指令被分解为微操作，并分发给执行单元）。

先决条件＃3-特权模式

在任何时间点，CPU均以特权模式或非特权模式运行。

• 内核代码以特权模式运行，并允许访问所有映射的内存。
• 用户代码以非特权模式运行，如果尝试读取或写入标记为特权的内存，则用户代码将失败，并发生异常。

基本上，操作系统以特权模式运行，而已安装的程序则以非特权模式运行。

问题

如果您考虑以上情况，则似乎用户模式（非特权）代码不应读取内核模式内存，因为CPU会引发异常。

问题是：

1. 指令完成之前，不会执行特权模式检查。 （即：不在乱序执行期间）。
2. 即将执行的指令的乱序执行会产生副作用。

运作方式如下

首先，攻击者分配一个内存块，该内存块由256页内存（即256 * 4096字节）组成。 此刻该内存块中的每个页面都不会被缓存，因为它从未被访问过。

接下来，执行类似于以下代码的序列。 这称为“发送者”：

1. 执行一些会引发异常的指令（什么都没关系）
2. 从特权内存中读取一个字节。 我们称之为“秘密”
3. 将机密乘以4096（高速缓存页面大小）
4. 使用该乘积值作为分配的内存块的索引并读取一个字节（即：从第N页读取一个字节，其中N是秘密）

假设CPU在指令1完成之前开始乱序执行指令2-4，则指令4将导致分配的内存块的一页被缓存在CPU上。 缓存的页面将与从内核模式内存读取的字节直接相关。 例如：如果密码为21，则分配的存储块的第21页现在将被缓存在CPU上。

最后，“接收者”观察到这种无序执行的副作用，以确定读取的机密字节。

1. 捕获上述指令1引发的异常。
2. 遍历分配的内存块中的每个页面，然后…
3. 从每一页读取一个字节花费的时间。
4. 如果字节快速加载，则该页面必须已被缓存并泄露了机密。

从上面的示例继续，分配的内存块的页面0到20读起来很慢，而页面21则要快得多-因此秘密值必须为21。

现在，只需重复以上所有内容，即可读取您想要的秘密字节数。 白皮书说，他们能够读取高达500Kb /秒的速度。

翻译自: https://hackernoon.com/a-simplified-explanation-of-the-meltdown-cpu-vulnerability-ad316cd0f0de

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