Meltdown und Spectre: "Dann sind wir performancemäßig wieder am Ende der 90er"

Wir haben mit einem der Entdecker von Meltdown und Spectre gesprochen. Er erklärt, was spekulative Befehlsausführung mit Kochen zu tun hat und welche Maßnahmen Unternehmen und Privatnutzer ergreifen sollten.

Ein Interview von Hauke Gierow veröffentlicht am 18. Januar 2018, 12:00 Uhr

Daniel Gruß erzählt im Interview von seinen Forschungen zu Meltdown und Spectre. (Bild: Helmut Lunghammer/TU Graz mit freundlicher Genehmigung)

Daniel Gruß kennt sich mit Sicherheitslücken in Hardware aus. Gemeinsam mit anderen hat er bereits Sicherheitslücken in DRAM-Modulen aufgedeckt, die sogenannten Rowhammer-Bitflips. Auch an der Forschung zu den CPU-Sicherheitslücken Meltdown und Spectre war er mit anderen Forschern der TU Graz und Jann Horn von Googles Project Zero beteiligt.

Gruß gibt im Interview mit Golem.de über Meltdown und Spectre Entwarnung für Privatnutzer. Diese müssten derzeit wenig fürchten, wenn sie ihr Betriebssystem auf dem aktuellen Stand halten und die Meltdown-Patches von Microsoft, Apple oder im Linux-Kernel installieren. Denn obwohl die Spectre-Lücken schwieriger zu schließen sind als Meltdown, gibt es für Letzteres bereits erste Exploits.

Viele der mit Spectre und Meltdown bekanntgewordenen Probleme werden uns nach Meinung unseres Experten über die kommenden Jahre begleiten. Es gäbe zwar Möglichkeiten, die Sicherheitsprobleme etwa durch die komplette Deaktivierung der Branch-Prediction komplett zu verhindern. Doch dann, so Gruß, würden wir von der Performance her dort landen, wo wir Ende der 90er waren.

Golem.de: In einfachen Worten: Welche Funktionsweisen von Prozessoren nutzen die Sicherheitslücken aus, die Ihr Team gefunden hat?

Daniel Gruß: Eigentlich ist das wie beim Kochen: Es passiert mir häufiger, dass ich dabei das ganze Rezept durchgehe und ganz am Ende steht dann "Jetzt mit Reis servieren". Und dann denke ich: Ich habe noch gar keinen Reis gekocht. Dann habe ich einfach nicht weit genug vorausgeschaut. Der Prozessor hat ein ähnliches Problem.

Deswegen startet er schon mal alle Prozesse, die parallel laufen können. Bei der spekulativen Befehlsausführung zieht der Prozessor also Berechnungen vor, die er aktuell noch nicht machen müsste, aber später brauchen könnte. Das führt aber dazu, dass am Ende auch Ergebnisse berechnet werden, die er letztlich gar nicht braucht, weil es in den Programmen Verschachtelungen und Alternativen gibt. Manchmal will ich eventuell was Vegetarisches kochen, mal was mit Fleisch. Ich als Mensch kann meist beurteilen, was ich am Ende benötige. Der Prozessor hingegen führt einfach stur Befehle aus und versucht, möglichst viel spekulativ auszuführen. Das können Angreifer ausnutzen.

Das zweite, was wir ausnutzen, ist das Caching von Informationen. Das kommt beim Kochen genauso vor. Wenn ich Kartoffeln kochen will, dann muss ich die natürlich vorher einkaufen - und das dauert lange. Und dann komm ich zurück und mir fällt auf, dass ich auch Karotten brauche - dann muss ich schon wieder zum Geschäft, und das dauert dann natürlich wieder sehr lang. Deswegen ist es clever, dass ich die Kartoffeln oder Karotten, die ich nicht gebraucht habe, lokal einlagere, etwa im Kühlschrank oder einem Kasten, so dass ich sie nachher immer griffbereit habe, wenn ich was Ähnliches zubereite.

Der Prozessor macht eigentlich genau das Gleiche. Der holt sich Daten aus dem langsameren Arbeitsspeicher und speichert sie in seinem Cache zwischen. Und da sind sie immer abrufbereit für neue Arbeitsaufträge. Das sind die beiden Effekte, die wir ausnutzen.