Eine Hardware-Lücke bedroht Computer weltweit
Eine Schwachstelle in der Architektur von
Prozessoren bedroht weltweit die Sicherheit von fast allen zeitgemässen
Computern. Verbesserte Betriebssysteme versprechen Abhilfe.
Stefan Betschon
4.1.2018, 17:39 Uhr
Google-Datenzentrum in Atlanta, Georgia.
(Bild: Google Handout / Keystone)
Experten von Google haben am Mittwoch eine
gravierende Sicherheitslücke in Computerprozessoren bekanntgemacht. Die
Lücke findet sich in Halbleiterprodukten von AMD, ARM und Intel, sie ist
in Chips aus Mitte der 1990er Jahre ebenso anzutreffen wie in
Komponenten allerneuester Bauart. Es sind deshalb fast alle Server,
Tischrechner, Mobilcomputer, Tablets und Smartphones betroffen, die
unter gängigen Betriebssystemen heute im Einsatz sind.
Löcher in der Schutzmauer
Die Lücke könnte es einem Angreifer
ermöglichen, Sicherheitsabschrankungen im Innern eines Computersystems
zu überwinden und geschützte Daten einzusehen. Es wird vermutet, dass
noch niemand versucht hat, diese Lücken auszunutzen. Laut Google wurden
die betroffenen Halbleiterhersteller bereits Anfang Juni 2017
informiert. Seither haben sie unter grösster Geheimhaltung zusammen mit
Hardware- und Software-Firmen Lösungen entwickelt.
Unabhängig von Google hat noch eine andere
Gruppe von Forschern wichtige Beiträge geleistet, um die in modernen
Computerprozessoren enthaltenen Sicherheitslücken aufzudecken und zu
dokumentieren. Zu diesem Team gehören Wissenschafter der Technischen
Universität Graz und amerikanischer und australischer Universitäten
sowie Mitarbeiter der deutschen Sicherheitsfirma Cyberus Technology und
der kalifornischen Halbleiterfirma Rambus. Google beschreibt drei
Varianten, wie sich die Sicherheitslücke ausnutzen lässt und hat zur
Dokumentation des Problems in der Datenbank der «common vulnerabilities
and exposures» drei Nummern reserviert. Die anderen Forscher haben die
drei Varianten auf zwei Angriffsmöglichkeiten reduziert. Die beiden
Möglichkeiten nennen sie «Meltdown» und «Spectre».
Aufwendige Anpassungen
Die Schwachstelle ergibt sich aus einer
Eigenschaft moderner Prozessoren, die «out-of-order execution» genannt
wird. Jeder Prozessor, den Intel seit 1995 ausgeliefert hat, nutzt diese
Eigenschaft. Sie soll es einem Prozessor ermöglichen, auch während
Wartezeiten nützliche Arbeit zu verrichten. Wartezeiten ergeben sich
etwa beim Zugriff auf Daten, die ausserhalb des Prozessors auf
Speicherchips lagern. Anstatt zu warten, bis er alle für eine bestimmte
Berechnung benötigten Operanden beisammen hat, kann ein Prozessor sich
bereits mit Berechnungen beschäftigen, die erst später fällig werden. Um
die verschiedenen Teilberechnungen zu koordinieren, ist der Prozessor
auf Zwischenspeicher angewiesen. Über diese Zwischenspeicher kann es
gelingen, an Daten heranzukommen, die sonst in geschützten
Speicherbereichen aufbewahrt werden.
Manchmal, bei Verzweigungen, ist nicht klar,
welche Berechnungen anstehen. Der Prozessor kann sich dann auf gut Glück
für einen Zweig entscheiden. Im besten Fall, wenn die sogenannte «speculative
branch prediction» geglückt ist, hat der Prozessor Zeit gewonnen, sonst
müssen bereits getätigte Berechnungen wieder aus dem Zwischenspeicher
gelöscht werden. Mit dem Namen «Spectre» beschreiben die
Sicherheitsforscher eine Angriffsmethode, dank der ein
Anwendungsprogramm mithilfe der «speculative branch prediction» an Daten
eines anderen Computerprogramms herankommt.
Die Forscher konnten zeigen, dass «Spectre»
unter Windows und unter Linux und auf Systemen mit Prozessoren von AMD,
ARM und Intel funktioniert. Es konnten auf diese Weise Daten mit hohen
Geschwindigkeiten von bis zu 503 KByte pro Sekunde aus einem geschützten
Speicherbereich herausgeholt werden. Bei «Spectre» werden die
Schutzmauern zwischen den Anwendungsprogrammen durchlöchert; bei «Meltdown»
ist die Abgrenzung zwischen Anwendungsprogrammen und dem
Betriebssystem-Kern betroffen. «Meltdown» liess sich bisher nur auf
Computern mit Intel-Prozessoren erfolgreich einsetzen.
Um sich gegen solche Angriffe zu schützen,
braucht es auf der Ebene der Betriebssysteme aufwendige Anpassungen. Die
neuesten Versionen von Android und Linux versprechen Schutz. Beim Apple
Mac-OS soll die im Dezember publizierte Version 10.13.2 das Problem
teilweise beheben. Microsoft hat am Mittwoch ein Update für alle neueren
Windows-Versionen veröffentlicht, allerdings scheint es hier Probleme
mit Anti-Virus-Software zu geben, so dass nicht alle Windows-Anwender
das Update nutzen können. Die Schutzmassnahmen verlangsamen die
Computer. Eigentlich wollten Google, Intel und weitere betroffene
Hersteller erst nächste Woche über die Probleme informieren. Doch die
Sache liess sich nicht mehr länger verheimlichen.
Falsche Prioritäten
«Meltdown» und «Spectre», so schreiben die
Sicherheitsforscher, stellten eine völlige neue Herausforderung bei der
Absicherung von Computern dar. Auch Software-Applikationen, die
fehlerfrei und gemäss höchsten Sicherheitsstandards entwickelt wurden,
könnten durch diese Methoden ausgetrickst werden. Es brauche zwischen
den Hardware-Ingenieuren und den Software-Entwicklern neue
Übereinkünfte. Auf der Hardware-Seite habe man sich in jüngster
Vergangenheit zu sehr auf die Leistungssteigerung fokussiert. Jetzt
gelte es die Prioritäten neu zu definieren. «Ein grosses Stück Arbeit
steht an.»
Kann denn Anti-Malware-Software schädlich
sein?
Es häufen sich Hinweise, dass
Anti-Malware-Software die Sicherheit von Computern schwächen kann. Es
wäre aber verfrüht, diesen Schutz zu demontieren
Stefan Betschon 17.2.2017, 03:08
https://www.nzz.ch/digital/hardware-luecke-bedroht-computer-weltweit-ld.1344550
