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BranchScope和Spectre 2都利用了分支預(yù)測器的不同部分。 Spectre 2依賴于稱為分支目標(biāo)緩沖區(qū)（BTB）的部分 – 處理器內(nèi)用于記錄分支目標(biāo)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。相反，BranchScope使用預(yù)測方向泄漏信息 – 無論是否可能被采用 – 存儲在模式歷史記錄表（PHT）中。 

PHT保留最近采取的分支的一種運行得分，以記住這些分支是否被采用。通常情況下，這是一個兩位計數(shù)器，有四種狀態(tài)：強(qiáng)力拍攝，弱拍，弱拍不拍，強(qiáng)拍不拍。每次采取分支時，計數(shù)器的值將移向“強(qiáng)烈采取”。每次沒有采取，它都會轉(zhuǎn)向“強(qiáng)烈不被采取”。這種設(shè)計意味著偶然的誤預(yù)測不會改變預(yù)測的結(jié)果：即使偶爾沒有實際采用，幾乎總是采用的分支仍然會預(yù)測為已采用。改變預(yù)測需要兩次背靠背錯誤預(yù)測。這種設(shè)計被證明可以提供比一位計數(shù)器更好的結(jié)果，該計數(shù)器根據(jù)上次發(fā)生的情況簡單預(yù)測分支。

對于Spectre 2，攻擊者啟動BTB，仔細(xì)執(zhí)行分支指令，以便BTB具有目標(biāo)指令的可預(yù)測內(nèi)容，如果推測執(zhí)行該指令，則會以可檢測的方式干擾處理器的高速緩存。 受害者程序然后運行并分支。 然后攻擊者檢查緩存是否受到干擾; 該干擾的測量會泄漏信息。在新的攻擊中，攻擊者啟動PHT并運行分支指令，以便PHT始終假定某個分支被采用或不被采用。 受害者代碼然后運行并形成分支，這可能會擾亂PHT。 然后攻擊者運行更多的分支指令來檢測對PHT的干擾; 攻擊者知道某些分支應(yīng)該按照特定的方向進(jìn)行預(yù)測，并測試受害者的代碼是否改變了該預(yù)測。

研究人員只關(guān)注英特爾處理器，利用這些攻擊泄漏用英特爾SGX（軟件防護(hù)擴(kuò)展）保護(hù)的信息，這是在某些芯片上發(fā)現(xiàn)的一項功能，用于分割小部分的加密代碼和數(shù)據(jù)，從而即使是操作系統(tǒng)（或虛擬化軟件 ）無法訪問它。 他們還描述了攻擊可用于地址空間布局隨機(jī)化的方式，并推斷加密和圖像庫中的數(shù)據(jù)。Spectre 2引發(fā)了操作系統(tǒng)和硬件的變化，并計劃了更多的硬件修復(fù)。 研究人員表示，BranchScope需要類似的解決方案組合; 一些軟件可以修改以消除分支，并且可以改變硬件來劃分處理器上的推測執(zhí)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以便一個進(jìn)程不會攻擊另一個進(jìn)程。
與Spectre 2一樣，目前還不清楚有多少軟件真的容易受到BranchScope攻擊。 在這兩種情況下，攻擊者都需要能夠在受害者系統(tǒng)上運行代碼，所以這些攻擊永遠(yuǎn)不會用于初始進(jìn)入系統(tǒng)。 然而，他們所做的事情表明，長期以來被認(rèn)為存在的隔離邊界被高性能處理器必不可少的推測性執(zhí)行硬件所滲透。 而且，BranchScope表明，Specter不是通過這種投機(jī)性執(zhí)行可以被利用的唯一途徑。基本上，處理器包含許多推測執(zhí)行可修改的內(nèi)部狀態(tài)（包括寄存器，緩存，分支預(yù)測器，存儲緩沖區(qū)等）。架構(gòu)狀態(tài) – 由處理器發(fā)布的文檔說明直接暴露和操縱的部分 – 由推測硬件正確保存。像Spectre和BranchScope這樣的攻擊存在是因為非體系結(jié)構(gòu)狀態(tài) – 代表處理器的實現(xiàn)細(xì)節(jié)的部分，這些細(xì)節(jié)可能會從家族變?yōu)榧易澹⑶也荒苤苯颖怀绦蛟L問 – 并未完全保留。推測性執(zhí)行（以及它所依賴的非體系結(jié)構(gòu)狀態(tài)）旨在無形地發(fā)生，并且沒有跡象表明正在運行的程序正在發(fā)生。

像Spectre 2和BranchScope這樣的攻擊是結(jié)果。研究人員可能需要數(shù)年的時間才能確定以這種方式使用投機(jī)執(zhí)行硬件來泄漏信息的各種方式，而在強(qiáng)大的通用防御措施可用于阻止攻擊之前，這種方法將持續(xù)更長的時間。

報告：BranchScope: A New Side-Channel Attack on Directional Branch Predictor（http://www.cs.ucr.edu/~nael/pubs/asplos18.pdf）

原文：https://arstechnica.com/gadgets/2018/03/its-not-just-spectre-researchers-reveal-more-branch-prediction-attacks/#p3