近期，包括Colonial Pipeline和JBS Foods在內(nèi)的大型關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施和企業(yè)均遭遇了勒索軟件攻擊，黑客接管了這些組織的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)并要求支付高額贖金來(lái)解密數(shù)據(jù)。雖然拜登政府敦促企業(yè)認(rèn)真對(duì)待勒索軟件威脅并更新其系統(tǒng)來(lái)保護(hù)自己，但是這些攻擊幾乎每天都威脅著我們所有人。
哥倫比亞安全研究人員最近發(fā)表了兩篇可以使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更安全的主題論文。這項(xiàng)對(duì)系統(tǒng)性能幾乎沒有影響的新研究已被用于為該國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)建處理器。
“近40年來(lái)，雖然業(yè)界已經(jīng)提出了許多解決方案，但我們認(rèn)為內(nèi)存安全仍然是一個(gè)問題，因?yàn)樗鼪]有以公平的方式在軟件工程師和最終用戶之間分配負(fù)擔(dān)。通過(guò)最新發(fā)布的兩篇論文，我們相信已經(jīng)找到了正確的負(fù)擔(dān)平衡。”計(jì)算機(jī)科學(xué)副教授Simha Sethumadhavan說(shuō)，這位教授的研究重點(diǎn)是如何使用計(jì)算機(jī)架構(gòu)以提高計(jì)算機(jī)安全性。
01 ZeR?：計(jì)算機(jī)內(nèi)存安全解決方案
計(jì)算機(jī)安全一直是一個(gè)長(zhǎng)期存在的問題，許多提議的安全系統(tǒng)可在研究環(huán)境中運(yùn)行，但在現(xiàn)實(shí)世界中卻無(wú)法運(yùn)行。Sethumadhavan認(rèn)為，保護(hù)系統(tǒng)的方法首先是從硬件開始，然后再是軟件。
Sethumadhavan團(tuán)隊(duì)注意到，大多數(shù)安全問題都發(fā)生在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中，尤其是指針上。指針用于管理內(nèi)存，也可能會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存損壞，這就使得劫持程序的黑客有機(jī)會(huì)打開系統(tǒng)。而且計(jì)算機(jī)中緩解內(nèi)存攻擊的技術(shù)會(huì)消耗大量能量并可能破壞軟件，這也極大地影響了系統(tǒng)的性能，造成手機(jī)電池消耗很快、應(yīng)用程序運(yùn)行緩慢、計(jì)算機(jī)崩潰的結(jié)果。
該團(tuán)隊(duì)著手解決這些問題，并創(chuàng)建了一個(gè)安全解決方案，可以在不影響系統(tǒng)性能的情況下保護(hù)內(nèi)存。他們將其新穎的內(nèi)存安全解決方案稱為ZeR?：指針完整性攻擊下的零開銷彈性操作。
ZeR?具有一組內(nèi)存指令和元數(shù)據(jù)編碼方案，可保護(hù)系統(tǒng)的代碼和數(shù)據(jù)指針。這種組合消除了性能開銷，不會(huì)影響系統(tǒng)的速度。ZeR?只需對(duì)系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行微小更改，就可以輕松地添加到現(xiàn)代處理器中。尤其重要的是，即使受到攻擊，ZeR?也可以執(zhí)行所有這些功能并避免系統(tǒng)崩潰。
“ZeR?免費(fèi)提供內(nèi)存安全性能，廣泛使用安全技術(shù)的低性能開銷和便利性，它是減輕內(nèi)存攻擊系統(tǒng)的完美補(bǔ)充。”ZeR?的關(guān)鍵研究人員Mohamed Tarek說(shuō)。
02 No-FAT：使安全檢查更快的系統(tǒng)
Sethumadhavan團(tuán)隊(duì)發(fā)表的第二篇論文No-FAT：該系統(tǒng)支持對(duì)低開銷內(nèi)存架構(gòu)的安全檢查，對(duì)計(jì)算機(jī)性能的影響只有8%，比其他軟件對(duì)內(nèi)存錯(cuò)誤的檢測(cè)技術(shù)快10倍。No-FAT這一名字暗指脫脂牛奶，就像脫脂牛奶的廣告中所說(shuō)的：具有牛奶的所有優(yōu)點(diǎn)，但卡路里更少。
No-FAT加速了模糊測(cè)試，是一種自動(dòng)化的軟件測(cè)試方法，開發(fā)人員在構(gòu)建系統(tǒng)時(shí)很容易添加它。該技術(shù)建立在軟件對(duì)內(nèi)存分配器進(jìn)行分箱的最新趨勢(shì)之上，該技術(shù)使用不同大小的“桶”來(lái)存儲(chǔ)內(nèi)存信息，直到軟件需要調(diào)用為止。
研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)軟件使用binning內(nèi)存分配時(shí)，可以在對(duì)性能影響很小的情況下實(shí)現(xiàn)內(nèi)存安全，并且兼容現(xiàn)有軟件。
ZeR?和No-FAT都旨在增強(qiáng)內(nèi)存系統(tǒng)以提高抵御攻擊的能力，同時(shí)做到對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的速度或功耗幾乎沒有影響。好處是，對(duì)于這兩個(gè)系統(tǒng)，程序員幾乎不需要做任何事情來(lái)強(qiáng)化他們的程序，這可以改變處理器當(dāng)前支持內(nèi)存安全功能的方式。
