計算機晶元中隱藏的漏洞被探明，這一次位置有點特殊！

導讀

近日，美國華盛頓州立大學的研究團隊發現了高性能計算機晶元中複雜的通信主幹網存在明顯漏洞。這個漏洞是之前未知的，它的發現意義非常重大，因為這些漏洞會導致現代電子器件的故障。

背景

百年大計，安全第一。談及前沿創新科技，安全始終是備受關注的一個關鍵因素。其中，晶元作為構成眾多電子產品的主要元件，其安全性問題更不容小覷。近年來，有關晶元高危漏洞的風波可謂：「一波未平一波又起」。一旦晶元出現故障，其影響將席捲幾乎所有的電腦、伺服器與智能手機。

電路板上的計算機晶元（圖片來源：華盛頓州立大學）

世界著名晶元廠商英特爾的晶元就常被曝出高危漏洞。舉例來說，有媒體曾報道，英特爾晶元的底層技術存在缺陷，黑客利用這個漏洞讓惡意腳本直接讀取核心內存，掠走隱秘信息。此外，蘋果、高通與IBM等公司也都曾發表聲明，承認其晶元也存在漏洞。甚至有報道稱，一些消費電子產品廠商，例如蘋果和三星，被指控利用自己電子產品的漏洞，向用戶發送軟體更新，故意降低早期手機型號的速度，以鼓勵用戶購買新產品。

然而，科研人員們卻一直在嘗試搞清楚計算機晶元的漏洞，讓我們日常生活使用的電子產品免受惡意攻擊。舉個例子，德國卡爾斯魯厄理工學院（KIT）發現，10納米以下的工藝製造出的處理器都將是高度敏感的。黑客可以使之超負荷承載特定錯誤控制指令，發起人為老化攻擊，幾天之內便可毀壞處理器。為此，研究人員們研發了新型智能自監控系統，實時監測處理器熱圖像，應對未來新型黑客攻擊與安全威脅。

（圖片來源：參考資料【2】）

之前，研究人員們對於晶元安全漏洞的研究，大多在關注計算機的晶元元器件，例如處理器、存儲器以及電路。

創新

然而，這一次情況變得不一樣了，發現漏洞的位置有點「特殊」。近日，美國華盛頓州立大學的研究團隊發現了高性能計算機晶元中複雜的通信主幹網存在明顯漏洞。這個漏洞是之前從未發現的，其發現的意義非常重大，因為這些漏洞的後果是會導致現代電子器件的故障與失效。

該校計算機科學與電氣工程學院助理教授 Partha Pande 領導的團隊在2018年度 IEEE/ACM「片上網路」國際研討會上報告了這項工作。

這項研究是美國國家科學基金會與美國陸軍研究辦公室贊助的項目的一部分。華盛頓州立大學與紐約大學以及杜克大學的科研人員們合作展開這項研究。

技術

研究人員發現，這些漏洞將損害晶元上的通信系統，通過故意增加惡意的工作負荷，顯著縮短整個計算機晶元的壽命。

Pande 表示：「通信系統像膠水一樣將所有東西結合到一起。當它開始出現故障時，整個系統將會崩潰。」

高性能計算機使用了大量處理器，並採用「並行計算」適應大數據應用與雲計算的需要，而通信系統用於協調處理器與存儲器。研究人員們正在研究增加處理器數量，將高性能的功能整合到手持設備中去。

研究人員們設計了三個「構造巧妙」的有害攻擊，來測試通信系統。這種額外的工作負荷，增加了電遷移引發的壓力以及串擾雜訊。研究人員們發現，通信系統中數量有限的「重要垂直鏈接「特別容易產生故障。這些鏈接的作用是將堆棧中的處理器連接起來，讓它們可以相互交流。

這個圖片顯示了一個三維多核晶元，其中的處理核通過「垂直鏈接」連接在一起。（圖片來源：華盛頓州立大學）

價值

Pande 表示：「我們確定了一個代理如何針對通信系統來使晶元發生故障。之前，科學界一直不清楚通信系統的角色與威脅。」

研究人員們正在開發新方法，例如檢測並阻止攻擊的自動化技術與演算法，以減輕這個問題。

關鍵字

計算機、晶元、安全、通信

參考資料

【1】https://news.wsu.edu/2018/12/13/computer-chip-vulnerabilities-discovered-by-wsu-researchers/

【2】Hussam Amrouch, J?rg Henkel, "Lucid Infrared Thermography of Thermally-Constrained Processors" in ACM/IEEE International Symposium on Low Power Electronics and Design (ISLPED"15), Rome, Italy, July 22-24, 2015, http://cesweb.itec.kit.edu/~amrouch/dependable_hardware_pdfs/Lucid_Infrared_Thermography_of_Thermally_Constrained_Processors.pdf

【3】Sourav Das, Kanad Basu, Janardhan Rao Doppa, Partha Pratim Pande, Ramesh Karri, Krishnendu Chakrabarty. Abetting Planned Obsolescence by Aging 3D Networks-on-Chip. 2018 Twelfth IEEE/ACM International Symposium on Networks-on-Chip (NOCS), 2018; DOI: 10.1109/NOCS.2018.8512162

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