百億還是千億美元，處理器安全幽靈究竟會熔毀多少價值？

 

在發(fā)布這三款軟件安全更新說明中，蘋果表示：“為保護消費者，在調(diào)查未發(fā)生及補丁未準備好之前，蘋果沒有泄露、討論或確認這些安全問題。”

 

據(jù) ZDNET 報道，微軟為防止處理器漏洞而推出的最新更新導(dǎo)致部分 AMD 處理器系統(tǒng)崩潰。ZDNET 稱，若干用戶在微軟論壇抱怨 AMD Althon 系統(tǒng)在更新了 Windows 10 安全補丁以后，系統(tǒng)爆出 0x800f0845 錯誤，之后不斷重啟嘗試更新或恢復(fù)系統(tǒng)。

 

英特爾 CEO 科再奇在 CES 展上就人們關(guān)心的處理器安全漏洞做出回應(yīng)，他說：

“預(yù)計在一周內(nèi)，英特爾發(fā)布的更新將覆蓋過去 5 年內(nèi)推出的 90%以上產(chǎn)品，而針對其它產(chǎn)品的更新，將在今年一月底前發(fā)布。英特爾相信，這些安全更新對性能的影響在很大程度上取決于具體的工作負載。我們預(yù)計某些工作負載相對其它來說受到的影響會更大一些，英特爾將繼續(xù)與整個產(chǎn)業(yè)界一起協(xié)作，逐漸把對這些工作負載所帶來的影響減少到最低。”

 

科再奇演講再一次證實，為防范幽靈（Spectre）或熔斷（Meltdown，也譯作熔毀）而打的補丁，確實會影響系統(tǒng)性能，只是影響比例根據(jù)應(yīng)用狀況不同而有變化，有些影響甚微可視為無影響，但有些影響相對較大。

 

在英特爾 1 月 4 日的新聞稿中，蘋果、亞馬遜、谷歌和微軟都表示，

針對處理器漏洞的安全更新對性能影響很小甚至沒有影響。

 

具體測試結(jié)果包括：

 

蘋果：“我們的 GeekBench 4 基準測試以及 Speedometer、JetStream 和 ARES-6 等常見的 Web 瀏覽基準測試表明，2017 年 12 月的更新沒有顯著降低 macOS 和 iOS 設(shè)備的性能。”

 

微軟：“絕大多數(shù) Azure 客戶不會感受到此次更新對性能的影響。我們已經(jīng)優(yōu)化了 CPU 和磁盤 I/O 路徑，在采納更新后沒有看到對性能產(chǎn)生明顯的影響。”

 

亞馬遜：“我們沒有觀察到這對絕大多數(shù) EC2 工作負載的性能有產(chǎn)生實際的影響。”

 

谷歌：“在包括云基礎(chǔ)設(shè)施在內(nèi)的大多數(shù)工作負載上，我們看到對性能的影響可以忽略不計。”

 

但一些第三方測試結(jié)果并不支持影響甚微的說法。theregister 引用部分社交媒體上行業(yè)專家觀點，稱補丁對 Python 和 AWS 部分應(yīng)用性能影響較大。

 

 

 

 

引自 theregister

 

Redhat 針對服務(wù)器的 Linux 7 企業(yè)版更新中，對英特爾“Haswell” Xeon E5 v3，“Broadwell” Xeon E5 v4，和“Skylake” Xeon SP 處理器進行了測試。結(jié)果顯示，依據(jù)應(yīng)用不同，性能下降從 1%到 19%不等。

 

英國網(wǎng)站 TheNextPlatform 的 Timothy Prickett Morgan 根據(jù) RedHat 的測試結(jié)果進行推算，他表示，絕大多數(shù)企業(yè)數(shù)據(jù)中心都有大量虛擬化環(huán)境（the heavily virtualized environment），這種虛擬環(huán)境應(yīng)用對補丁相對敏感，拉高了性能下降比例。如果假定服務(wù)器應(yīng)用性能下降均值在 10%左右，現(xiàn)在全球每年服務(wù)器市場在 600 億美元左右，10%的性能損失就是 60 億美元。這兩種漏洞影響的處理器至少有三到四代產(chǎn)品，全球存量約為 4000 萬臺。不考慮折舊，影響到的整個服務(wù)器市場累積規(guī)模在 250 億美元左右，即便考慮折舊，處理器安全漏洞造成的服務(wù)器應(yīng)用損失也在百億美元以上。

 

當(dāng)然，Timothy Prickett Morgan 的算法值得商榷，但性能下降帶來的經(jīng)濟損失無疑真實存在的，而且數(shù)目不會小。

 

中科院計算所工程師黃博文在果殼網(wǎng)發(fā)表的文章《你用了高性能 CPU，我就可以窺探你的密碼》也提到了他對現(xiàn)在解決方案影響系統(tǒng)性能的看法：

針對熔毀漏洞，目前已有的技術(shù)手段主要是通過軟件層次將內(nèi)核頁表與用戶頁表盡可能地隔離，這種技術(shù)的一個實現(xiàn)方案叫 KAISER，其變種已經(jīng)被各大操作系統(tǒng)采用作為熔毀漏洞的臨時補救措施。這種技術(shù)方案會提高用戶態(tài)與內(nèi)核態(tài)的切換開銷，快速系統(tǒng)調(diào)用的初步測試證明，內(nèi)核系統(tǒng)調(diào)用的速度降低到了原先的 42%，而利用現(xiàn)代處理器的 PCID 特性進行優(yōu)化后，能夠恢復(fù)到 57%的水平。具體的應(yīng)用程序下降幅度取決于用戶程序與內(nèi)核交互的頻繁程度，linxu kernel 開發(fā)人員的測試結(jié)果從 10%~20%+不等，PCID 能夠彌補大約 5%-7%的性能。

 

針對幽靈漏洞，目前沒有很好的防御方式，linux 的發(fā)行版之一 suse 最近公開的一個安全更新顯示，AMD 和 Intel 已經(jīng)向相關(guān) OS 廠商推送了一個微碼更新，這個微碼更新會關(guān)閉分支預(yù)測來暫時封堵幽靈漏洞。由于分支預(yù)測對性能影響巨大，即便分支預(yù)測只被關(guān)閉一部分也很容易造成性能衰退二代左右的幅度，如果整個分支預(yù)測器都被關(guān)閉，CPU 性能將退回 2000 年以前的水平。對于這個更新是否將被應(yīng)用，相關(guān)從業(yè)人士正在持續(xù)跟進關(guān)注。

 

黃博文對 TechSugar 表示，將分支預(yù)測器完全關(guān)閉，CPU 性能退回 2000 年以前水平并非夸大其詞，雖然十幾年來半導(dǎo)體工藝進步提高了主頻，但是關(guān)閉分支預(yù)測相當(dāng)于掐斷指令供應(yīng)（instruction supply），沒有分支預(yù)測，指令級并行度就不再起作用，“再好的并行架構(gòu)，都要有指令喂進去才能發(fā)揮作用。所以，關(guān)掉分支預(yù)測功能的高主頻現(xiàn)代 CPU，實測性能將與開分支預(yù)測的低主頻 90 年代 CPU 差不多。”

 

黃博文指出，雖然提供完全關(guān)閉分支預(yù)測選項的代碼已經(jīng)推送，但他不認為這種方案會真去實施，因為這樣處理對性能影響實在太大。

 

當(dāng)前，熔斷攻擊方式已經(jīng)有明確案例演示，幽靈攻擊方式尚沒有熔斷方式研究得透徹，但不少專家表示，幽靈攻擊潛在風(fēng)險更大，更難防御。如果最嚴重情況必須采用關(guān)閉分支預(yù)測來解決的話，對全球信息產(chǎn)業(yè)的影響就不是只有幾百億美元，性能拖回到 2000 年之前，造成的損失至少在數(shù)千億美元以上。

 

當(dāng)然，當(dāng)前全球各個主要相關(guān)廠商正在研究各種預(yù)防措施，最快迭代安全補丁以降低對性能的影響，而且黃博文告訴 TechSugar，他了解到最新狀況是“分支預(yù)測不會被全關(guān)，而且可能會引入定時沖刷分支預(yù)測器記錄表之類方法。”

 

據(jù)悉，美國已經(jīng)有針對英特爾的數(shù)起集體訴訟，如果風(fēng)險擴散，不知道是否有其他廠商也會被卷入。

 

1994 年，英特爾為處理奔騰除法錯誤，付出了 4.75 億美元的代價，前一年英特爾營收為 79.7 億美元。2017 年，據(jù) Gartner 估算，英特爾銷售額為 577 億美元。