X86 प्रोसेसर माइक्रोकोड बैकसाइड असेंबल किया गया

हम लंबे समय तक सॉफ़्टवेयर पर भरोसा नहीं करते हैं, और इसलिए हम इसका ऑडिट करते हैं, रिवर्स इंजीनियरिंग का संचालन करते हैं, इसे चरण-दर-चरण मोड में चलाते हैं, इसे सैंडबॉक्स में चलाते हैं। उस प्रोसेसर के बारे में क्या है जिस पर हमारा सॉफ्टवेयर चलता है? - हम नेत्रहीन और पूरे दिल से सिलिकॉन के इस छोटे से टुकड़े पर भरोसा करते हैं। हालांकि, आधुनिक हार्डवेयर में सॉफ्टवेयर जैसी ही समस्याएं हैं: गुप्त अनैजेड फंक्शनलिटी, बग, कमजोरियां, मैलवेयर, ट्रोजन, रूटकिट्स, बैकडोर।

ISA (इंस्ट्रक्शन सेट आर्किटेक्चर) x86 इतिहास में सबसे लंबे समय तक लगातार बदलते "इंस्ट्रक्शन सेट आर्किटेक्चर" में से एक है। 1976 में विकसित 8086 डिजाइन के साथ शुरू, आईएसए निरंतर परिवर्तन और अपडेट से गुजर रहा है; मूल विनिर्देश के लिए पिछड़ी संगतता और समर्थन बनाए रखते हुए। बड़े होने के 40 वर्षों में, आईएसए आर्किटेक्चर बड़ा हो गया है और कई नए मोड और निर्देशों के सेट के साथ बढ़ना जारी है, जिनमें से प्रत्येक पिछले डिजाइन में एक नई परत जोड़ता है, जो पहले से ही अतिभारित है। पूर्ण पिछड़े संगतता की नीति के कारण, आधुनिक x86 प्रोसेसर में निर्देश और मोड भी शामिल हैं जो पहले से ही पूरी तरह से भूल गए हैं। नतीजतन, हमारे पास एक प्रोसेसर आर्किटेक्चर है, जो नई और प्राचीन तकनीकों का एक जटिल भूलभुलैया है। इस तरह का एक अत्यंत जटिल वातावरण - प्रोसेसर की साइबर सुरक्षा के साथ कई समस्याओं का कारण बनता है। इसलिए, x86 प्रोसेसर महत्वपूर्ण साइबर इन्फ्रास्ट्रक्चर की विश्वसनीय जड़ होने का दावा नहीं कर सकता है।

क्या आपको अभी भी अपने प्रोसेसर पर भरोसा है?

कार्यक्रमों और ऑपरेटिंग सिस्टम की सुरक्षा - उस हार्डवेयर की सुरक्षा पर आधारित है जिस पर वे तैनात हैं। एक नियम के रूप में, सॉफ़्टवेयर डेवलपर्स इस तथ्य को ध्यान में नहीं रखते हैं कि जिस हार्डवेयर पर उनका सॉफ़्टवेयर तैनात है, वह अविश्वसनीय, दुर्भावनापूर्ण हो सकता है। जब हार्डवेयर गलत तरीके से व्यवहार करता है (चाहे जानबूझकर या नहीं), सॉफ्टवेयर सुरक्षा तंत्र पूरी तरह से बेकार हो जाते हैं। कई वर्षों के लिए, सुरक्षित प्रोसेसर के विभिन्न मॉडलों की पेशकश की गई है: इंटेल एसजीएक्स, एएमडी प्रशांत, आदि। फिर भी, गहरी नियमितता जिसके साथ महत्वपूर्ण विफलताओं (हाल के लोगों के लिए, उदाहरण के लिए मेल्टडाउन और स्पेक्टर) के बारे में जानकारी प्रकाशित की जाती है और पता चलता है कि "डिबगिंग" कार्यों का नेतृत्व करता है - यह सोचा कि प्रोसेसर पर हमारा पूरा भरोसा बेबुनियाद है।

आधुनिक x86 प्रोसेसर नवीनतम और एंटीक तकनीकों का एक बहुत ही बोझिल और जटिल इंटरव्यू है। 8086 में 29 हजार ट्रांजिस्टर, पेंटियम 3 मिलियन, ब्रॉडवेल 3.2 बिलियन, कैनोलेक 10 बिलियन से अधिक थे।

इतने सारे ट्रांजिस्टर के साथ, यह आश्चर्य की बात नहीं है कि आधुनिक x86 प्रोसेसर को अनिर्दिष्ट निर्देशों और हार्डवेयर कमजोरियों से भरा गया है। अनिर्दिष्ट के बीच, जो लगभग दुर्घटना से खोजा गया था, निर्देश: ICEBP (0xF1), LOADALL (0x0F07), एपिकॉल (0x0FFFF0) [1], जो प्रोसेसर को संरक्षित स्मृति क्षेत्रों में अनधिकृत पहुंच के लिए अनलॉक करने की अनुमति देता है।

प्रोसेसर की कई हार्डवेयर कमजोरियों के लिए (नीचे दो आंकड़े देखें), वे एक साइबर-हमलावर को विशेषाधिकार बढ़ाने की अनुमति देते हैं [3], क्रिप्टोग्राफ़िक कुंजियाँ निकालें [4], नए कोडांतरक निर्देश बनाएँ [2], पहले से ही असेंबलर निर्देश की कार्यक्षमता को बदल दें [2] , इंस्टॉलर के निर्देशों पर हुक स्थापित करें [2], "हार्डवेयर त्वरित वर्चुअलाइजेशन" पर नियंत्रण रखें [7], "परमाणु क्रिप्टोग्राफिक गणना" [7] में हस्तक्षेप करें, और, अंत में, मिठाई, "भगवान मोड" दर्ज करें: अपने आप को एक वैध हार्डवेयर इंटेल मुझे पिछले दरवाजे (जो आप दूरदराज के उपयोग की भी कंप्यूटर बंद कर दिया प्राप्त करने के लिए अनुमति देता है) ive। [8] और यह सब - बिना किसी डिजिटल निशान को छोड़े।

आधुनिक प्रोसेसर हार्डवेयर की तुलना में अधिक सॉफ्टवेयर हैं

कड़े शब्दों में, आधुनिक प्रोसेसर को शब्द के पूर्ण अर्थ में "हार्डवेयर" भी नहीं कहा जा सकता है। क्योंकि उनकी सबसे महत्वपूर्ण कार्यक्षमता (आईएसए सहित) फ्लैशिंग माइक्रोकोड द्वारा प्रदान की गई है। प्रारंभ में, माइक्रोकोड मुख्य रूप से डिकम्प्लिंग और जटिल असेंबलर निर्देशों के निष्पादन के लिए जिम्मेदार था: फ्लोटिंग-पॉइंट ऑपरेशंस, एमएमएक्स प्राइमेटिव्स, आरईपी प्रीफिक्स के साथ लाइन हैंडलर आदि। हालांकि, समय के साथ, प्रोसेसर के अंदर प्रसंस्करण कार्यों के लिए अधिक से अधिक जिम्मेदारी माइक्रोकोड को सौंपी जाती है। उदाहरण के लिए, Intel प्रोसेसर के आधुनिक एक्सटेंशन, जैसे AVX (उन्नत वेक्टर एक्सटेंशन) और VT-d (हार्डवेयर वर्चुअलाइजेशन) माइक्रोकोड पर लागू होते हैं।

इसके अलावा, आज माइक्रोकोड जिम्मेदार है, अन्य बातों के अलावा, प्रोसेसर की स्थिति को बनाए रखने के लिए, कैश के प्रबंधन के लिए, और बिजली की बचत के लिए भी। ऊर्जा को बचाने के लिए, माइक्रोकोड एक बाधा तंत्र को लागू करता है जो बिजली राज्यों को संसाधित करता है: सी-स्टेट (ऊर्जा-बचत नींद की डिग्री: सक्रिय राज्य से गहरी नींद तक) और पी-राज्य (वोल्टेज और आवृत्ति के विभिन्न संयोजन)। इसलिए, उदाहरण के लिए, माइक्रोकोड L2 कैश को रीसेट करने के लिए जिम्मेदार है जब राज्य C4 में प्रवेश किया जाता है, साथ ही साथ इसे बाहर निकलते समय भी।

प्रोसेसर निर्माता माइक्रोकोड का उपयोग क्यों करते हैं?

X86 प्रोसेसर के निर्माता हार्डवेयर आर्किटेक्चर को आसान बनाने और डायग्नॉस्टिक्स को सुविधाजनक बनाने के लिए सरल माइक्रो-निर्देशों की एक श्रृंखला में जटिल विधानसभा निर्देशों (जो कि 15 बाइट्स तक लंबे हो सकते हैं) को विघटित करने के लिए माइक्रोकोड का उपयोग करते हैं। वास्तव में, माइक्रोकोड बाहरी (उपयोगकर्ता को दिखाई देने वाला) CISC आर्किटेक्चर और आंतरिक (हार्डवेयर) RISC आर्किटेक्चर के बीच एक दुभाषिया है।

यदि CISC आर्किटेक्चर (मुख्य रूप से ISA) में त्रुटियों का पता लगाया जाता है, तो निर्माता माइक्रोकोड अपडेट प्रकाशित करते हैं जो प्रोसेसर को मदरबोर्ड के BIOS / UEFI या ऑपरेटिंग सिस्टम (बूट प्रक्रिया के दौरान) से डाउनलोड किया जा सकता है। माइक्रोकोड के आधार पर इस तरह के एक अपडेट सिस्टम के लिए धन्यवाद, प्रोसेसर निर्माता अपने उपकरणों में त्रुटियों को ठीक करते हुए - खुद को लचीलापन और लागत में कमी प्रदान करते हैं। Fdiv के साथ सनसनीखेज त्रुटि, जिसने 1994 में इंटेल पेंटियम प्रोसेसर को गंभीर रूप से खटखटाया था, इस तथ्य को बनाया कि सॉफ्टवेयर की तरह ही उच्च तकनीक हार्डवेयर त्रुटि भी इसे और अधिक स्पष्ट बनाती है। इस घटना ने निर्माताओं को माइक्रो-आधारित प्रोसेसर की वास्तुकला में और भी अधिक रुचि दी है। इसलिए, इंटेल और एएमडी ने अपने प्रोसेसर को माइक्रोकोड तकनीक का उपयोग करके बनाना शुरू किया। इंटेल - पेंटियम प्रो (पी 6) से शुरू होकर 1995 में रिलीज़ हुआ। एएमडी - के 7 से शुरू, 1999 में जारी किया गया।

सब कुछ गुप्त हो जाता है

इस तथ्य के बावजूद कि प्रोसेसर निर्माता माइक्रोकोड की संरचना और उन्हें सबसे सख्त आत्मविश्वास में अपडेट करने के लिए तंत्र रखने की कोशिश कर रहे हैं, दुश्मन सो नहीं रहा है। खंडित जानकारी के टुकड़े (मुख्य रूप से पेटेंट से, जैसे एएमडी आरआईएससी 86 [5]) और आधिकारिक BIOS अपडेट (जैसा कि यह K8 [6] के साथ था) के विचारशील उलट, धीरे-धीरे माइक्रोकोड के रहस्य पर प्रकाश डालते हैं (उदाहरण के लिए, नीचे दिए गए चित्र में देखें) AMD प्रोसेसर माइक्रोकोड अपडेट मैकेनिज्म ”)। और रिवर्स इंजीनियरिंग टूल्स (सॉफ्टवेयर और हार्डवेयर दोनों) के निरंतर विकास के लिए धन्यवाद [2], फ़ज़िंग तकनीक का वादा [1] और OpenSource टूल जैसे कि माइक्रोप्रेस [9] और सैंड्सइफ़्टर [10] का आगमन - एक साइबर-हमलावर एक ऐसे माइक्रोकोड के बारे में सब कुछ जान सकता है जो इसके लिए आवश्यक है। उस पर माइक्रोकोड मालवेयर लिखना।

इसलिए, उदाहरण के लिए, [2] "हैलो वर्ल्ड!" (माइक्रोकोड को ट्रोजन करने के लिए पहला कदम) "माइक्रो हुक" (माइक्रोकोड प्रोग्राम जो असेंबलर इंस्ट्रक्शन को इंटरसेप्ट करता है) विकसित किया गया था, जो बताता है कि प्रोसेसर ने कितनी बार डिव कमांड को एक्सेस किया है। यह माइक्रोहुक असेंबलर इंस्ट्रक्शन डिव के हैंडलर में एक इंजेक्शन है।

इबिड [2] एक अधिक उन्नत माइक्रोहुक प्रस्तुत करता है, जो डिबक्स के असेंबलर इंस्ट्रक्शन में चुपचाप बैठता है, कोई उपस्थिति नहीं देता है, और केवल तभी सक्रिय होता है, जब ईबीएक्स का जिक्र करते समय विशिष्ट शर्तों को पूरा किया जाता है: ईबेक्स में वैल्यू बी, और रजिस्टर शामिल होता है। eax में मान होता है। जब सक्रिय किया जाता है, तो यह माइक्रोहुक एक के द्वारा eip रजिस्टर (वर्तमान अनुदेश सूचक) के मूल्य को बढ़ाता है। नतीजतन, कार्यक्रम का निष्पादन (जो div ebx निर्देश को संदर्भित करने का साहस था) एक ऑफसेट के साथ जारी है: div ebx के बाद कमांड के पहले बाइट से नहीं, बल्कि इसके दूसरे बाइट से। यदि ईएक्सएक्स और ईबेक्स रजिस्टरों में अन्य मान निर्दिष्ट किए जाते हैं, तो ईबेक्स डिव हमेशा की तरह काम करता है। इसमें व्यावहारिक मूल्य क्या है? उदाहरण के लिए, "ओवरलैपिंग निर्देशों" [11] के साथ मोटापे की तकनीक का उपयोग करते समय कोडांतरक निर्देशों की एक छिपी श्रृंखला को चुपचाप सक्रिय करने के लिए।

ये दो उदाहरण प्रदर्शित करते हैं कि कैसे वैध कोडांतरक निर्देशों का उपयोग उन में मनमाने ट्रोजन कोड को छिपाने के लिए किया जा सकता है।

उसी समय, एक साइबर-हमलावर अपने दुर्भावनापूर्ण पेलोड को सक्रिय कर सकता है - दूर से भी। उदाहरण के लिए, जब एक हमलावर द्वारा नियंत्रित वेब पेज पर सक्रियण के लिए आवश्यक शर्त पूरी हो जाती है। यह जस्ट-इन-टाइम (जेआईटी) और अहेड-ऑफ-टाइम (एओटी) संकलक के लिए संभव धन्यवाद है जो एक वेब ब्राउज़र में बनाया गया है। ये संकलक आपको मशीन कोड के लिए कोडांतरक निर्देशों की पूर्वनिर्धारित धारा का उत्सर्जन करने की अनुमति देते हैं - भले ही आप विशेष रूप से उच्च-स्तरीय जावास्क्रिप्ट में कार्यक्रम लिखते हैं (अंतिम लिस्टिंग देखें, बस ऊपर)।