1：“無(wú)法破解芯片？”

今年的hotchips 33 ，密歇根大學(xué)的Austin教授帶來(lái)MORPHEUS II。上一個(gè)版本的MORPUHES 最早出來(lái)的時(shí)候，被稱作：“無(wú)法破解”的芯片，號(hào)稱580名專家13000個(gè)小時(shí)嘗試均告失敗。但是世界上沒(méi)有絕對(duì)的事！

Austin教授說(shuō)：“媒體上說(shuō)芯片無(wú)法破解。我自己一般不會(huì)這么說(shuō)，因?yàn)槲艺J(rèn)為它是可以破解的，但是這非常難破解！”

通常，當(dāng)程序“調(diào)用”一個(gè)子程序時(shí)，它會(huì)在返回堆棧中存儲(chǔ)該子程序結(jié)束時(shí)程序應(yīng)返回的地址，這個(gè)返回地址就是攻擊者操縱執(zhí)行所謂的緩沖區(qū)溢出或代碼注入的位置。

返回地址就是很多攻擊的來(lái)源。

在MORPHEUS之前就有很多手段，來(lái)保護(hù)返回地址的安全性，如一些控制流完整性的手段（CFI），這個(gè)本來(lái)也不稀奇。MORPHEUS通過(guò)一個(gè)加密單元實(shí)現(xiàn)底層機(jī)器碼實(shí)現(xiàn)每50毫秒更改一次。通過(guò)加密后的更改這些底層代碼，使得每個(gè)時(shí)間段后，機(jī)器碼都會(huì)發(fā)生變化，同樣不同處理器運(yùn)行也不一致。

這些返回地址，攻擊者找不到，或者找到了，下一次就發(fā)生了改變。

這樣，在時(shí)間上，代碼隨著時(shí)間變化，在空間上，代碼隨著不同機(jī)器變化，因此要想分析這些機(jī)器碼，就很困難。代碼數(shù)據(jù)的自然識(shí)別系統(tǒng)每隔50毫秒生成一次，這意味著它可以阻止最強(qiáng)大的自動(dòng)黑客工具。因此，即使黑客發(fā)現(xiàn)了一個(gè)漏洞，他們也利用不了該漏洞。當(dāng)他們獲得了破解漏洞必要的信息時(shí)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)代碼已發(fā)生了改變。

雖然宣傳的不錯(cuò)，但是這種手段來(lái)抗攻擊，川劇“變臉”，每隔一段時(shí)間就“churn” 擾動(dòng)，這種手段帶來(lái)了開(kāi)銷。雖然文章中說(shuō)，開(kāi)銷很少，但是我還是持懷疑態(tài)度。另外，就是這個(gè)證明要靠懸賞。580名專家13000個(gè)小時(shí)的這些操作。搞這么多操作，用在什么地方？控制流完整性CFI搞了這么多年，在處理器領(lǐng)域也是，研究的多，應(yīng)用的少。雖是如此，但是Morphus II的改進(jìn)，還是令人眼前一亮。

2：MORPHEUS II的進(jìn)化

MORPHEUS II 和最初的不同，這個(gè)進(jìn)化設(shè)計(jì)了這個(gè)RISC-V的微結(jié)構(gòu)，基于Rocket Core，把處理器外部的所有輸入指令和數(shù)據(jù)都加密了，這個(gè)想法起碼挺不錯(cuò)的，這就帶來(lái)了兩個(gè)好處。

第一點(diǎn)：所有指令和數(shù)據(jù)都是加密的。

加密的RAM和Disks，甚至，Cache內(nèi)部也是加密的。包括I-Cache 和D-Cache。

也就是說(shuō)，數(shù)據(jù)只有在處理器內(nèi)部才是解密的，處理器外部所有的部分，全是密文。

第二點(diǎn)：所有的指針都是加密的。

對(duì)于抵抗攻擊來(lái)說(shuō)，這個(gè)是一個(gè)非常好的做法，可以有效防止對(duì)攻擊者無(wú)法偽造/分析代碼/指針；

我比較看好這個(gè)基于RISC-V的微架構(gòu)另一個(gè)潛在應(yīng)用，就是云端虛擬化的隔離。

2：云端虛擬化的隔離

云端虛擬化業(yè)務(wù)，每個(gè)租戶對(duì)自身數(shù)據(jù)安全性都是無(wú)價(jià)之寶，傳統(tǒng)的云端隔離通道主要有四種隔離手段：

1：計(jì)算CPU隔離

Hypervisor 通過(guò)相互隔離的計(jì)算通道來(lái)控制虛擬機(jī)與主機(jī)資源的交互。從而防止用戶獲得對(duì)系統(tǒng)以及對(duì)其他租戶的讀，寫(xiě)請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)多租戶之間的計(jì)算隔離。

2：內(nèi)存DRAM隔離

Hypervisor同樣負(fù)責(zé)隔離內(nèi)存，確保虛擬機(jī)之間無(wú)法訪問(wèn)對(duì)方的內(nèi)存。當(dāng)實(shí)例被釋放后，所有內(nèi)存被Hypervisor清零，可以防止釋放的物理內(nèi)存頁(yè)被其他用戶訪問(wèn)；

3：磁盤(pán)SSD隔離

存儲(chǔ)隔離，目前的存儲(chǔ)隔離通過(guò)hypervisor截獲處理，保證虛擬機(jī)只能訪問(wèn)虛擬機(jī)分配的物理磁盤(pán)空間，實(shí)現(xiàn)虛擬磁盤(pán)空間的安全隔離。

4：網(wǎng)絡(luò)NETWORK隔離

Hypervisor復(fù)雜虛擬網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行隔離，確保流量不被隨意轉(zhuǎn)發(fā)，虛擬機(jī)的網(wǎng)絡(luò)資源只能被對(duì)應(yīng)的虛擬機(jī)來(lái)獲取。

目前所有的隔離全部依靠是Hypervisor。如果租戶相信Hypervisor，那就依賴Hypervisor。但是還是很多高安全業(yè)務(wù)，例如保險(xiǎn)，證券等等也不完全信賴公有云的隔離。所有，更安全的方式是單租戶獨(dú)享物理資源，這就是裸金屬云。使用裸金屬云也更安全，不用和別人共享，可以做到物理隔離。那么虛擬化的隔離只能依賴Hypervisor？

目前通過(guò)加密實(shí)現(xiàn)云端虛擬化的隔離是一個(gè)理想的手段，例如磁盤(pán)加密虛擬磁盤(pán)的隔離，加密數(shù)據(jù)其他任何人不能讀取內(nèi)部的數(shù)據(jù)，除用戶自身外，任何其他人無(wú)法讀取和訪問(wèn)其中的數(shù)據(jù)。這種隔離方式，是一種更為安全隔離的方式。這些技術(shù)對(duì)于云端虛擬化安全可以提升一個(gè)層次。以前hypervisor，是一個(gè)軟件程序，計(jì)算CPU和內(nèi)存DRAM目前看還不能加密。由軟的hypervisor到硬CPU架構(gòu)，通過(guò)CPU架構(gòu)加密實(shí)現(xiàn)隔離，這個(gè)應(yīng)該是不錯(cuò)的想法，雖然還有很長(zhǎng)的路要走。

從Morphous II來(lái)看，其架構(gòu)上，可以實(shí)現(xiàn)，指令，數(shù)據(jù)全部加密，也就是說(shuō)，內(nèi)存和磁盤(pán)上存儲(chǔ)全是加密數(shù)據(jù)，這些加密數(shù)據(jù)可以和CPU處理架構(gòu)綁定，這樣可以通過(guò)密碼手段實(shí)現(xiàn)整個(gè)虛擬化運(yùn)行環(huán)境的隔離?？梢酝ㄟ^(guò)這個(gè)處理器RISC-V的微架構(gòu)來(lái)保證，計(jì)算CPU內(nèi)部和DRAM內(nèi)部都是密文，只有在取指（IF）后，以及讀取數(shù)據(jù)（LOAD），數(shù)據(jù)才變成明文。這個(gè)與“同態(tài)加密”技術(shù)對(duì)比來(lái)看，同態(tài)加密技術(shù)，目前效率還是比較低，還需要一段時(shí)間才能實(shí)用化。而Morphous II 雖然沒(méi)有同態(tài)加密那么高大上，但是也算是CPU架構(gòu)上的創(chuàng)新，有可能解決很大一部分問(wèn)題。

這個(gè)工作也列出了下一代的Morpheus的方向。

其中包括，高安全隱私計(jì)算，基于加密和物理隔離的防護(hù)，以及在亞馬遜的AWS和微軟的Azure來(lái)部署。從這點(diǎn)來(lái)看，Morpheus II終于從不?！皵_動(dòng)”到找到方向。

審核編輯 ：李倩