漏洞數(shù)量242:15，英特爾和AMD CPU誰更安全？
2019-11-05 13:03:16 EETOP
（圖片來源：Shutterstock）
直到最近幾年，普通用戶和網(wǎng)絡(luò)安全研究人員都大多擔(dān)心過多的軟件漏洞，而這些漏洞似乎永遠(yuǎn)不會消失。
隨著在2018年1月谷歌批露了Meltdown和Spectre CPU設(shè)計缺陷開始，許多用戶和安全研究人員意識到，為我們的電腦提供動力的CPU并不像我們以前想象的那樣安全。
這給我們留下了一個問題：哪個公司更安全？當(dāng)我們認(rèn)為英特爾目前有242個公開披露的漏洞，而AMD只有16個（對AMD有利的比例為15：1）時，這個問題似乎顯得很緊迫。
2018年1月，谷歌的零號項目安全專家以及其他獨立的安全研究人員披露了 Meltdown和Spectre CPU設(shè)計缺陷。這些漏洞的存在是由于大多數(shù)CPU體系結(jié)構(gòu)團隊為了提高其芯片性能而做出的設(shè)計選擇。
Meltdown漏洞（也稱為Spectre變體3）專門影響Intel的CPU。它允許第三方代碼破壞通常由硬件實施的應(yīng)用程序與操作系統(tǒng)之間的隔離。攻擊者可以使用它來訪問其他應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)的內(nèi)存，從而使他們能夠竊取秘密。
Spectre漏洞打破了不同應(yīng)用程序之間的安全邊界，甚至使那些遵循最佳編碼實踐的應(yīng)用程序也變得容易受到利用PC側(cè)通道安全漏洞的攻擊者的攻擊。
Spectre幾乎影響所有使用預(yù)測執(zhí)行來提高性能的亂序CPU，包括AMD和Arm的處理器。但是，Spectre家族新發(fā)現(xiàn)的側(cè)通道攻擊似乎比其他兩家供應(yīng)商對英特爾的影響更大，這意味著英特爾可能比競爭對手擁有更多的CPU自由來保持性能優(yōu)勢。
預(yù)測執(zhí)行是一種CPU設(shè)計功能，它使CPU可以處理下一步可能需要或不需要的某些任務(wù)。如果需要這些任務(wù)，則在需要時可以更輕松地訪問它們，因此與沒有此功能的情況相比，CPU的性能得以提高。
這也是為什么盡管Spectre的特定變體可以通過軟件固定甚至可以在硬件中緩解的原因，但直到CPU制造商決定足夠的可能性并完全禁用預(yù)測執(zhí)行功能，或者設(shè)計全新的架構(gòu)。
這不僅是一種理論，而且自從首次披露Meltdown和Spectre缺陷（不到兩年）以來已經(jīng)發(fā)生了好幾次。
在研究人員披露Spectre數(shù)月之后，另一組安全研究人員準(zhǔn)備披露 “ Spectre Next Generation” 新的預(yù)測執(zhí)行漏洞家族。據(jù)稱，英特爾試圖推遲披露，因為該公司在那年早些時候因《幽靈》的首次曝光而遭受了巨大的公關(guān)打擊。
預(yù)測性執(zhí)行至少造成了三個其他錯誤，即TLBleed， Foreshadow 和Zombieload，這些錯誤實際上使英特爾的超線程技術(shù)不安全。OpenBSD創(chuàng)始人Theo de Raadt已 警告不要 一開始就在Intel計算機上啟用超線程。
直到最新的 Zombieload攻擊 ，其他操作系統(tǒng)供應(yīng)商（例如Google甚至Apple）才加入了OpenBSD創(chuàng)始人的行列。Google 禁用了所有Chromebook上的超線程，而蘋果公司僅指出，要完全緩解Zombieload和其他微體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采樣（MDS）漏洞，就需要禁用超線程，這是用戶的一種 選擇。
英特爾本身也建議禁用超線程功能，但僅向“不能保證受信任的軟件在其系統(tǒng)上運行”的某些客戶禁用。不過什么是受信任的，什么不是？
絕大多數(shù)預(yù)測性執(zhí)行攻擊不會影響到AMD的處理器，只有少數(shù)例外，例如Spectre變體1、1.1和4，后者被稱為 Speculative Store Bypass。
AMDCPU也受到PortSmash的影響，PortSmash是一個影響其同時多線程（SMT）功能的漏洞，該功能類似于英特爾的超線程。AMD處理器也容易受到NetSpectre和SplitSpectre的攻擊，因為這些漏洞影響了處理器，而這些處理器也容易受到Spectre v1的攻擊。
AMD的處理器容易受到Spectre變體2的影響，該公司對此進行了更新，但它表示， 與英特爾設(shè)計相比，其架構(gòu)存在差異，“利用風(fēng)險幾乎為零”。
AMD的芯片還受到新的Meltdown and Spectre攻擊中的 五種的攻擊，其中包括一些發(fā)現(xiàn)原始Spectre andMeltdown設(shè)計缺陷的原始研究人員。英特爾的芯片容易受到所有七個漏洞的影響。
AMD的CPU（包括最新的Ryzen和Epyc處理器） 不受 以下漏洞的影響：
Meltdown (Spectre v3)
Spectre v3a
LazyFPU
TLBleed
Spectre v1.2
L1TF/Foreshadow
SPOILER
SpectreRSB
MDS attacks (ZombieLoad, Fallout, RIDL)
SWAPGS
英特爾和AMD都針對上述所有缺陷發(fā)布了固件和軟件補丁，盡管如果更新過程取決于主板或設(shè)備制造商而不是英特爾/ AMD或操作系統(tǒng)供應(yīng)商，則并非所有缺陷都已經(jīng)到達(dá)用戶手中。例如Microsoft，Apple等。
獲勝者：AMD
根據(jù)最近的一份報告，英特爾必須提供的所有補丁程序 使用戶的PC 和服務(wù)器的速度降低了大約是AMD自己的補丁程序的五倍。這是一個很大的差距，主要是因為英特爾必須比AMD修復(fù)更多的安全漏洞。
也許由于Intel因Spectre級的安全漏洞不得不發(fā)布大量的固件和軟件緩解措施，該公司也改變了主意，不再向其處理器中添加基于硬件的緩解措施。最初，英特爾不太愿意這樣做，或者至少不愿對其架構(gòu)進行重大更改。但是，它后來致力于 “安全第一”的原則。
在某些方面，該公司履行了這一承諾。英特爾在Meltdown和Foreshadow中包括了硬件緩解措施，從 Whiskey Lake和Cascade Lake處理器開始，在某些最新的CPU 中還包括了部分MDS硬件緩解措施，
英特爾還承諾將對Spectre v2進行硬件修復(fù)，并已實現(xiàn)使用內(nèi)置硬件和軟件的部分修復(fù)。不過英特爾尚未承諾在硬件中修復(fù)最危險的推測執(zhí)行攻擊Spectre v1。
在某些情況下，據(jù)稱英特爾還忽略或輕描淡寫了某些Spectre類漏洞的披露。就MDS攻擊而言，據(jù)稱英特爾呼吁漏洞 研究人員拼底MDS攻擊的嚴(yán)重性，不過這個提議被拒絕了
目前還不清楚英特爾是否有意避免修復(fù)Spectre v1和其他在硬件上的側(cè)通道攻擊，因為它很昂貴，可能會破壞太多東西，或者只是在等待時機，直到它準(zhǔn)備好發(fā)布這樣的處理器。
有一點似乎很清楚，那就是用于投機性執(zhí)行端側(cè)通道攻擊的軟件補丁不足以防止類似的新攻擊出現(xiàn)。漏洞研究者們表示懷疑，即試圖修補體系結(jié)構(gòu)是否會因體系結(jié)構(gòu)設(shè)計變更而帶來長期的安全利益。
因此，如果英特爾，AMD和其他芯片制造商不愿意改變其CPU架構(gòu)的設(shè)計，我們將永遠(yuǎn)被Spectre級的旁通道攻擊所困擾 。
同時，AMD尚未在其已經(jīng)出貨的芯片中增加任何新的芯片緩解措施，盡管它正在將其應(yīng)用于更新的型號中。但是，值得一提的是，AMD不需要像英特爾那樣進行太多改動來抵御漏洞，因此它不需要基于硬件的修補程序。
在Spectre漏洞被發(fā)現(xiàn)之前，甚至以后，英特爾芯片最大的與隱私或安全性相關(guān)的問題都圍繞著英特爾的內(nèi)置管理引擎展開。但是，盡管其他漏洞可能同樣重要，但預(yù)測性執(zhí)行側(cè)通道漏洞掩蓋了所有其他安全漏洞。
2017年， 英特爾確認(rèn)了ME 中的一個安全漏洞，攻擊者可以利用該漏洞遠(yuǎn)程利用固件并接管任何由英特爾支持的計算機。自2008年以來，該錯誤影響了所有處理器。
在2017年晚些時候，研究人員發(fā)現(xiàn)了另一個ME漏洞，從2015年的Skylake到2017年的Coffee Lake，都受到了影響。即使用戶可以通過正常方式禁用ME，或通過非官方方式禁用ME，該漏洞也可使ME保持活動狀態(tài)。
安全研究人員找到了一種方法， 可以通過英特爾為政府機構(gòu)秘密實施的無證模式，在同一年禁用英特爾ME。據(jù)推測，英特爾這樣做是為了讓NSA和其他政府機構(gòu)禁用ME的潛在易受攻擊的功能，從而影響PC市場上的其他所有人。
研究人員還在 2018年發(fā)現(xiàn)了 兩套新的 ME安全漏洞，而英特爾正在深入應(yīng)對Spectre后果。
由于擔(dān)心ME可能是“官方”后門或可能被惡意團體使用，一些計算機制造商（例如 Purism， Systems 76甚至Dell）已開始提供默認(rèn)情況下禁用ME的筆記本電腦。Google則在其某些內(nèi)部設(shè)備禁用ME。
AMD平臺安全處理器（PSP），也稱為AMD安全處理器，使用Arm Cortex-A5處理器將某些芯片平臺功能與主處理器和主操作系統(tǒng)隔離。它與AMD的ME類似，并且與ME一樣，如果惡意方發(fā)現(xiàn)其中的錯誤，也有可能被利用來產(chǎn)生毀滅性的影響。
自2017年以來，至少發(fā)現(xiàn)了三個PSP漏洞。一位谷歌安全研究人員在2017年發(fā)現(xiàn)了一個漏洞可能使攻擊者能夠訪問密碼，證書和其他敏感信息。
在2018年發(fā)現(xiàn)了其他PSP錯誤，并披露了總共13個影響AMD基于Zen的處理器的安全漏洞。研究人員將它們分為四類： Ryzenfall，Chimera，F(xiàn)allout和Masterkey。
根據(jù)研究人員的說法，Ryzenfall錯誤會使攻擊者完全控制AMD安全處理器。結(jié)合歸類為Masterkey的Bug，攻擊者還能夠在目標(biāo)計算機上安裝持久性惡意軟件。
Chimera漏洞涉及兩個制造商ASMedia芯片組后門的存在 ，一個在固件中，另一個在芯片組的硬件（ASIC）中。后門程序允許將惡意代碼注入Ryzen芯片組。
Fallout漏洞使攻擊者可以讀寫受保護的內(nèi)存區(qū)域，例如SRAM和Windows Credential Guard隔離內(nèi)存。
AMD在很大程度上淡化了這些漏洞，稱在大多數(shù)情況下，攻擊者需要通過物理訪問來利用這些安全漏洞。然而，在CVE詳細(xì)信息數(shù)據(jù)庫中，我們可以看到，他們中的大多數(shù)都有一個非常高的嚴(yán)重性評級:
AMD已經(jīng)向所有硬件受到這些漏洞影響的oem和odm發(fā)布了補丁，但和往常一樣，這取決于這些公司對用戶電腦的補丁，這使得支持參差不齊。
研究人員還發(fā)現(xiàn)， AMD 針對Epyc服務(wù)器芯片的安全加密虛擬化（SEV）功能有時是不安全的。第一個SEV漏洞是作為之前提到的Masterkey公開的一部分發(fā)布的。研究人員表示，可以利用Masterkey錯誤來篡改SEV和固件可信平臺模塊（fTPM）的安全性。
另一組研究人員披露了第二個SEV漏洞，即 SEVered，僅在幾個月后的2018年5月。該漏洞可能使攻擊者能夠遠(yuǎn)程提取通常由SEV保護的虛擬機的內(nèi)存內(nèi)容。
一位Google研究人員在 今年初發(fā)現(xiàn)了 最新的SEV漏洞。再次，它涉及一個漏洞，該漏洞使攻擊者可以提取SEV功能使用的加密密鑰來加密受保護VM的內(nèi)存內(nèi)容。
換句話說，這是大約一年來第三次證明SEV無法完成其工作-保護VM內(nèi)存。這并不一定會使英特爾的類似SGX功能處于更好的位置，因為它也發(fā)現(xiàn)有 一些 由Spectre系列旁通道CPU缺陷引起的 弱點。
對于現(xiàn)代處理器的安全性而言，這并不是一個壞消息。盡管這仍然是一個新興的計劃，但是在研究人員披露了第一個Spectre漏洞之后，英特爾承諾將安全性放在首位。
如前所述，該公司已承諾減輕硬件中Spectre漏洞的危害，其中許多已經(jīng)當(dāng)前時代的處理器中得到修正。
然而，最終這些只是一開始就不應(yīng)該被破壞的問題的小規(guī)模修復(fù)，我們正在尋找修復(fù)破壞的架構(gòu)之外的安全性。那么英特爾處理器在用戶安全方面還能提供什么呢?
軟件保護擴展（Software GuardeXtensions，簡稱：SGX）可能是英特爾近年來發(fā)布的最受歡迎和最先進的處理器安全特性。SGX允許應(yīng)用程序?qū)⒚舾袛?shù)據(jù)(如密碼密鑰)存儲在硬件加密的RAM中的安全虛擬區(qū)域中，操作系統(tǒng)或其他第三方應(yīng)用程序無法訪問這些數(shù)據(jù)。諸如端到端的加密信號信使之類的應(yīng)用程序可以利用它，以便可以將用戶安全私密地配對。
英特爾最近還宣布了發(fā)展SGX的計劃，以便能夠提供全內(nèi)存加密(TME)，而不是像SGX那樣只加密一小部分內(nèi)存。新特性實際上是兩個功能合一:TME為所有內(nèi)存提供一個單一的加密密鑰，而另一個變體稱為多密鑰總內(nèi)存加密，它提供全內(nèi)存加密，支持多個密鑰，比如每個加密的VM一個密鑰。
MKTME允許在內(nèi)存中進行加密、靜態(tài)加密和傳輸加密。由于英特爾的新功能發(fā)布的時間比AMD稍晚，或許該公司已經(jīng)從其競爭對手在SEV和SGX上的失誤中吸取了教訓(xùn)。
硬件內(nèi)存加密將為用戶帶來重大的安全優(yōu)勢，因為它會使應(yīng)用程序?qū)砀与y以從他人竊取數(shù)據(jù)（授予的操作系統(tǒng)也對允許應(yīng)用程序共享數(shù)據(jù)的API進行了嚴(yán)格限制）。但是，目前尚不清楚英特爾和AMD是否打算將這項功能留給企業(yè)客戶使用，或者是否也將為主流用戶啟用。
AMD SME
SME功能通常在引導(dǎo)時在BIOS或其他固件中啟用。它使用通過硬件隨機數(shù)生成器生成的單個臨時128位AES加密密鑰提供頁面粒度內(nèi)存加密支持。SME使應(yīng)用程序可以標(biāo)記用于加密的某些內(nèi)存頁。
然后，當(dāng)應(yīng)用程序需要讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)時，將自動對這些頁面進行加密和解密。該功能可防止遭受旨在竊取仍駐留在純文本RAM中的敏感客戶數(shù)據(jù)的物理攻擊。
AMDTSME(Transparent SME)是SME的更嚴(yán)格的子集，默認(rèn)情況下會加密所有內(nèi)存，并且不需要應(yīng)用程序以自己的代碼支持它。對于不再期望修改其代碼的舊應(yīng)用程
AMD最近似乎將TSME重新命名為“Memory Guard”，并將其作為公司新推出的Ryzen Pro 3000 cpu的GuardMI的一部分。GuardMI是AMD對英特爾vPro的替代產(chǎn)品，它為企業(yè)客戶提供了可管理性和安全特性。目前AMD相對于英特爾的一個特點是內(nèi)存保護，它可以保護系統(tǒng)的數(shù)據(jù)不受冷啟動攻擊。
AMD SEV
AMD的SEV是SME的擴展，它使用自己的臨時加密密鑰對每個虛擬機的內(nèi)存進行加密。這樣，虛擬機可以保持彼此完全隔離。AMD在為索尼和微軟的游戲機開發(fā)安全功能時提出了這個想法 。
實際上，像英特爾SGX一樣，SEV仍然容易受到側(cè)通道攻擊或其他利用加密密鑰訪問的攻擊。在確保這些功能幾乎不受攻擊方面，AMD和Intel仍有許多工作要做。
獲勝者：AMD
其次，即使沒有人會試圖在網(wǎng)上以您的名字作為目標(biāo)，您仍然可能是惡意軟件大規(guī)模感染的受害者，這些惡意軟件通過廣告網(wǎng)絡(luò)，您訪問的被黑站點，內(nèi)部工作網(wǎng)絡(luò)等傳播。硬件漏洞利用可能是整個漏洞利用工具鏈的一部分，這些工具的主要目標(biāo)是：竊取他們遇到的任何人的數(shù)據(jù)。
如果您不能保證設(shè)備中硬件的安全性，那么您喜歡的操作系統(tǒng)或應(yīng)用程序的所有安全性功能基本上都是無關(guān)緊要的。例如，這就是為什么蘋果和谷歌已經(jīng)開始 構(gòu)建自己的服務(wù)器 或停止從不太值得信賴的服務(wù)器硬件提供商那里購買的原因。兩家公司都在軟件方面實現(xiàn)了一流的安全性，但是如果他們使用的硬件中存在后門，那么這些工作都是徒勞的了。
從短期來看，盡管兩家公司盡了最大的努力，但在AMD和Intel的處理器都變得更好之前，情況可能會變得更糟。是的，我們可能會獲得更多的硬件緩解措施-也許足以使大部分消費者和媒體安心，但由于扭轉(zhuǎn)主要處理器體系結(jié)構(gòu)所涉及的所有困難和成本，還不足以解決所有問題。
在未來的幾年中，我們還將從英特爾和AMD那里獲得一些有趣的新安全功能。但是，隨著越來越多的研究人員開始更深入地研究他們的CPU微體系結(jié)構(gòu)，未來幾年可能會被兩家公司的處理器中發(fā)現(xiàn)的更多安全漏洞報告所控制。
兩家公司也將花費數(shù)年的時間來修復(fù)研究人員在新架構(gòu)設(shè)計中發(fā)現(xiàn)的缺陷。最后，一切都應(yīng)該變得更好，因為它將迫使處理器變得更加成熟。
既然都不太安全，那么這兩家公司到底誰會更安全一些？我們分析如下：
1）英特爾目前有242個公開披露的漏洞，而AMD只有16個。這在AMD的偏愛中是15：1。差距太大了，不容忽視。
2）自2018年初以來，針對英特爾披露的投機性執(zhí)行側(cè)通道攻擊似乎只有不到一半影響了AMD的Ryzen和Epyc CPU。確實，在某些漏洞被宣布影響英特爾的CPU的情況下，研究人員可能并未主要研究AMD的CPU。但是，即使到那時，AMD在仔細(xì)檢查漏洞如何影響其自身的處理器之后，仍然確認(rèn)這些錯誤不會影響其處理器。實際上，AMD似乎在設(shè)計新的Ryzen微體系結(jié)構(gòu)時考慮到比英特爾本質(zhì)上基于Nehalem的微體系結(jié)構(gòu)更好的安全性。為什么以Nehalem為基礎(chǔ)？因為至少從2008年Nehalem微體系結(jié)構(gòu)問世以來，大多數(shù)推測性執(zhí)行攻擊都會影響英特爾的CPU。
3）隨著新的Zen架構(gòu)的發(fā)布，在支持新的硬件加密功能方面，AMD在支持新的硬件加密功能方面似乎也領(lǐng)先英特爾一步。AMD在安全方面是否會保持這樣的速度還有待觀察，因為英特爾試圖解決Spectre的所有問題并改善其在消費者心目中的形象，但至少目前來看，AMD似乎處于領(lǐng)先地位。即使不考慮與Spectre相關(guān)的補丁對新舊系統(tǒng)造成的所有各種性能下降，AMD的處理器似乎還是在近期和中期選擇的更安全，更安全的平臺。
即使不考慮與spectrep相關(guān)的補丁對新舊系統(tǒng)造成的各種性能下降，AMD的處理器在近期和中期看起來都是更安全、更可靠的選擇。
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