什麼是 Spectre 和 Meltdown 漏洞？

2010 年代最廣為人知的兩個漏洞彼此密切相關。Spectre 和 Meltdown 不是軟件中的安全漏洞，而是 CPU 基本設計中的漏洞，使問題更難以解決。這些問題本身特別嚴重，允許其他應用程序和操作系統洩露內存。

概述

CPU 使用令人難以置信的先進設計來實現最高性能，包括推測執行和分支預測等技術。推測執行是 CPU 在知道它是否需要之前開始運行進程的地方，以嘗試在它確定需要時節省時間。分支預測是推測執行的子集，它嘗試預測進程的結果，然後根據該預測值開始計算下一步，從而允許 CPU 無序執行一系列指令。

Spectre 漏洞來自於這兩個功能的實現。它允許應用程序破壞大多數現代軟件內置的內存隔離技術，從而允許洩露內存，包括密碼和加密密鑰等秘密。Spectre 的問題之一是數據可以從沒有任何安全漏洞的應用程序訪問，因為只需要一個惡意程序。

Meltdown 漏洞基於一些內存技術，以及上面提到的推測執行系統。它利用進程執行和權限檢查之間的“競爭條件”，並允許惡意程序訪問其他應用程序和操作系統的內存。

提示：“競爭條件”是指一個任務應該依賴另一個任務，但沒有強制執行正確的執行順序的問題。這可能導致“第二個”進程首先運行並使用本應包含“第一個”進程結果的未初始化內存，從而洩漏該內存的先前內容。在這種特定情況下，在權限檢查確認它被允許之前，進程不應運行，但由於性能優化，權限檢查可能會在第二次發生。

效果

2017 年年中，多個團隊獨立發現並私下向開發補丁的 CPU 製造商報告了 Meltdown 和 Spectre。由於針對性能優化的補丁，在最壞的情況下，它們最終將 CPU 的性能降低了 30%，其中 2-14% 的性能降低更能代表人們的體驗。

這些漏洞影響了許多 x86 CPU、IBM POWER CPU 和一些基於 ARM 的 CPU。Meltdown 會影響通常在個人計算機和雲服務器中發現的硬件。Spectre 影響個人計算機、雲服務器和移動設備。從 1995 年到 2018 年年中的所有英特爾 CPU 都容易受到這些問題的影響（不包括 2013 年之前的 Itanium 和 Atom 系列）。AMD CPU 不受 Meltdown 的影響，但容易受到 Spectre 的影響。

軟件緩解補丁是通過解決大多數問題的操作系統提供商開發和發布的。自 2018 年年中以來，英特爾更新了他們的 CPU 設計，包括針對這些問題的硬件緩解措施。

這兩個問題都可以通過帶有精心設計的 JavaScript 的惡意網頁加以利用，因此確保在每個系統上都安裝了安全補丁非常重要，即使性能損失會很嚴重。不幸的是，這些問題無法通過單個補丁修復，因為它們是深度集成到硬件中的極其複雜的問題，隨著時間的推移，安全補丁將隨著新變種的發現而不斷推出。