تعاني وحدات المعالجة المركزية من عيب كارثي بالتصميم نتج عنه ثغرتين خطيرتين, والجميع يتخبطون لاصلاحهما و ثغرة واحدة من الثغرتين يمكن اصلاحها, و سيضعف الإصلاح من أداء الحواسيب.
ما هما ثغرتي Meltdown و Spectre ؟
Spectre هي “عيب في التصميم الأساسي” يوجد في كل وحدة معالجة مركزية في السوق بما في ذلك المعالجات من Intel و AMD و ARM (التي تصنع معالجات الهواتف الذكية) ولا يوجد حالياً أي إصلاح برمجي يسد كامل الثغرة, و ستتطلب على الأرجح إعادة تصميم لكامل العتاد للمعالجات عبر اللوحة الأم,.
على الرغم من أنه من الصعب استغلال الثغرة وفقاً لباحثين أمنيين, بالإمكان الحماية من هجمات محددة تستغل هذه الثغرة والمطورون يعملون على ذلك ولكن أفضل حل سيكون إعادة تصميم رقائق المعالجات في المستقبل.
Meltdown هي في الأساس ثغرة تصيب كل معالجات Intel التي صنعت في العقدين الماضيين, وتؤثر أيضاً على بعض المعالجات الرائدة من ARM وتحديداً سلسلة (Cortex-A) ولكنها لا تصيب معالجات AMD, وتكمن خطورتها في أنها تسهل استغلال ثغرة Spectre جاعلة المعالجات أكثر عرضة للإختراق, ويتم سدها بأنظمة التشغيل اليوم.
ولكن كيف تعمل هذه الثغرات ؟
البرامج التي تعمل على حاسوبك تعمل بمستويات مختلفة من الأذونات الأمنية, وتملك نواة نظام التشغيل (الكيرنل Kernel)-نواة الويندوز أو نواة اللينكس مثلاً-أعلى مستوى من الأذونات, برامج سطح المكتب لديها أذونات من مستوى أقل و يقييد الكيرنل ما يمكنها القيام به, ويستخدم ميزات المعالج العتادية لفرض بعض هذه القيود, لأن الأمر أسرع باستخدام العتاد من استخدام البرمجيات.
المشكلة هنا مع تقنية الـ(speculative execution) وتعني قدرة المعالج على البحث عن تعليمات أخرى لتنفيذها غير تلك التي ينفذها الآن و لأسباب تتعلق بالأداء، تقوم المعالجات الحديثة تلقائياً بتشغيل التعليمات التي تعتقد أنها قد تحتاج إلى تشغيل وإذا لم يحصل ذلك يمكنها ببساطة الاسترجاع و إعادة النظام إلى حالته السابقة, غير أن هناك ثغرة في معالجات Intel و وبعض معالجات ARM تسمح للعمليات بتشغيل عمليات غير قادرة على تشغيلها بالعادة بينما يتم تنفيذ العملية قبل أن يتكلف المعالج التحقق سواء أكان لديها الإذن لتشغيلها أم لا, هذه هي ثغرة Meltdown.
المشكلة الأساسية في كلا الثغرتين تكمن في ذاكرة التخزين المؤقت (الكاش-Cache) فيمكن أن يحاول برنامج قراءة الذاكرة وإذا قرأ شيثاً في الكاش فإن العملية ستكتمل أسرع أما إذا حاول قراءة شيء ليس فيها (في القرص الثابت “الهارد” مثلاً) سوف تكتمل أبطأ ويمكن للبرنامج معرفة ما إذا كان شيء سيكتمل بسرعة أم لا وفي حين يتم تنظيف كل شيء آخر أثناء تنفيذ الـ(speculative execution) لا يمكن إخفاء الوقت الذي يستغرقه تنفيذ العملية .ويمكن بعد ذلك استخدام هذه المعلومات لبناء خريطة لأي شيء في ذاكرة الحاسوب, كل بت على حدة.
التخزين المؤقت يسرع الأمور ولكن هذه الهجمات تستفيد من هذا التسريع وتحوله إلى ثغرة أمنية. فيمكن مثلاً لكود (JavaScript) الذي يعمل بمتصفح الويب الخاص بك قراءة ذاكرة لا ينبغي له الوصول إليها على نحو فعال مثل المعلومات الخاصة المحفوظة في برامج أخرى,
لكن الخطر الأكبر يهدد مزودي خدمات التخزين السحابي مثل (Microsoft Azure) أو (Amazon Web Services) الذين يستضيفون برمجيات متعددة للشركة في أجهزة ظاهرية مختلفة على نفس العتاد المهدد بالخطر, ففرضاً برمجية تخزين سحابي لشخص ما يمكنها التجسس على ما يوجد في جهاز ظاهري آخر تابع للشركة, إنه انهيار في الفصل بين البرامج.
الإصلاحات لـMeltdown تعني أن الهجمات لن تكون بذات السهولة ولكن لسوء الحظ تعني أيضاً أن بعض العمليات ستصبح أبطأ على العتاد المتأثر.
المطورون يعملون أيضاً على إصلاحات برمجية ستجعل استغلال Spectre أصعب, فعلى سبيل المثال تساعد ميزة عزل الموقع الجديدة من متصفح غوغل كروم في الحماية منها, وقد أجرت موزيلا (Mozilla) بعض التغييرات السريعة في متصفح Firefox, وقد قامت Microsoft أيضاً ببعض التغييرات للمساعدة في حماية متصفحي Edge و Internet Explorer في تحديث ويندوز المتوفر الآن.
كم سيبطئ الإصلاح حاسوبي ؟
في التاسع من كانون الثاني أصدرت Microsoft بعض المعلومات حول أداء الإصلاح, ووفقاً لها الحواسيب من 2016 العاملة بنظام ويندوز 10 مع معالجات Intel من الجيل السادس Skylake أو السابع Kabylake أو أحدث تظهر “تباطؤ من رقم واحد” لا ينبغي أن يلاحظه معظم المستخدمين, ولكن الحواسيب من 2015 العاملة بنظام ويندوز 10 مع معالجات من الجيل الرابع Haswell أو أقدم قد تعاني من تباطؤ أكبر وتتوقع Microsoft “أن يلاحظ بعض المستخدمين انخفاضاً في أداء النظام”.
مستخدمي ويندوز 7 و 8 ليسوا بنفس الحظ, إذ تقول Microsoft أنها “تتوقع أن يلاحظ معظم المستخدمين انخفاضا في أداء النظام” عند استخدام ويندوز 7 أو 8 على حاسوب من 2015 مع معالج من جيل Haswell أو أقدم, ولا يستخدم ويندوز 7 و 8 معالجات قديمة التي لا تشغل الإصلاحات بنفس الفعالية فقط , بل “ويندوز 7 و 8 لديهما انتقالات أكثر بين الكيرنل و المستخدم بسبب قرارات التصميم القديمة مثل رندرة كل الخطوط تجري في الكيرنل” وهذا أيضا يبطئ الأمور.
تخطط Microsoft لأداء تقييماتها (Benchmarks) الخاصة وطرح المزيد من التفاصيل في المستقبل, ولكننا لا نعرف بالضبط كم سيؤثر الإصلاح على الاستخدام اليومي للحواسيب بعد.
ديف هانسن مطور يعمل لدى Intel متخصص بتطوير كيرنل لينيكس كتب في الأصل أن التغييرات التي تجري في كيرنل لينيكس سوف تؤثر على كل شيء ,ووفقاً له فإن معظم المهام المجدولة Workloads تشهد تباطؤاً من رقم واحد, مع كون تباطؤ بنسبة 5٪ تقريباً مقبول, وتم تسجيل تباطؤ بنسبة 30% باختبار ربط الشبكات, لذلك يختلف التأثير من مهمة إلى أخرى.
هذه هي أرقام نظام لينكس أي أنها لا تنطبق بالضرورة على نظام ويندوز, ويبطئ الإصلاح استدعاءات النظام(System calls) لذا عملية تتطلب الكثير منها مثل البرمجيات المحولة Compiling software -(التي تعمل على تحويل الملفات المصدرية إلى أوامر مباشرة يفهمها الحاسوب وينفذها مباشرة بما يناسب بنية الحاسوب الذي يستهدفه البرنامج)- وتشغيل الأجهزة الظاهرية من المرجح أن تبطئ أكثر من غيرها, ولكن كل جزء برمجي يستخدم البعض من أوامر استدعاءات النظام.
اعتباراُ من الخامس من كانون الثاني قام موقعي TechSpot و Guru3D ببعض التقييمات Benchmarks لويندوز, واستنتج كل من الموقعين أن المستخدمين العاديين ليس عليهم القلق بشأن الأمر, قد ترى بعض الألعاب تباطؤاً صغيراً قدره 2% مع التصحيح, الذي يقع ضمن هامش الخطأ, في حين أن الألعاب الأخرى تبدو أنها تعمل بنفس الصورة.
وتبدو البرامج الإنتاجية وأدوات ضغط الملفات وخدمات التشفير و 3D Rendering غير متأثرة, لكن وجد موقع Techspot أن سرعة قراءة كمية كبيرة من الملفات الصغيرة انخفضت حوالي 23٪ و وجد موقع Guru3D شيئاً مشابهاً, من جهة أخرى وجد موقع Tom’s Hardware متوسط انخفاض قدره فقط 3.21% في الأداء مع تطبيق اختبار التخزين للمستهلك, وجادل بأن “التقييمات المصطنعة” التي تظهر انخفاضات أكثر في السرعة لا تمثل الاستخدام الحقيقي.
من حسن الحظ الحواسيب بمعالج Intel من الجيل الرابع Haswell أو أحدث تملك تقنية PCID التي من شأنها أن تساعد الإصلاح في عمله بشكل جيد, وقد تظهر الحواسيب بمعالجات أقدم من Intel انخفاضاً أكبر في السرعة, وقد تم تنفيذ التقييمات المذكورة أعلاه على معالجات حديثة مزودة بتقنية PCID لذا فمن غير الواضح كيف ستؤدي المعالجات الأقدم من Intel.
وتقول Intel إن التباطؤ” لا ينبغي أن يكون كبيرا” بالنسبة للمستخدمين العاديين وحتى الآن يبدو ذلك صحيحاً, ولكن عمليات محددة تشهد بالفعل تباطؤاً, وبالنسبة للتخزين السحابي Google و Amazon و Microsoft كلهم يقولون نفس الشيء: بالنسبة لمعظم المهام المجدولة فإنها لم تشهد تأثيرا ملموسا على الأداء بعد طرح الإصلاحات
ولكن قالت Microsoft أن “بعض زبائن (Microsoft Azure) قد يواجهون بعض المشاكل في أداء الشبكة” هذه التصريحات تترك مجالاً لبعض المهام المجدولة لكي ترى تباطؤاً كبيراً.
Epic Games ألقت اللوم على تصحيح Meltdown لتسببه بمشاكل مع سيرفر لعبتها Fortnite ونشرت رسماً بيانياً يظهر زيادة كبيرة في استخدام المعالج على سيرفراتها السحابية بعد تنزيل الإصلاح.
ولكن هناك شيء واحد واضح: حاسوبك الشخصي لن يصبح أسرع, وإذا كان معالجه من Intel فهو فقط سيصبح أبطأ حتى لو كان بفارق بسيط.
ما الذي عليَّ فعله ؟
بعض التحديثات لإصلاح مشكلة Meltdown متوفرة بالفعل, أصدرت Microsoft تحديث طارئ إلى الإصدارات المدعومة من ويندوز عبر أداة تحديث ويندوز في 3 كانون الثاني 2018، ولكنه لم يصل لجميع الحواسيب بعد, تحديث ويندوز الذي يحل مشكلة Meltdown ويضيف بعض الحماية ضد Spectre يدعى KB4056892.
Apple أصلحت المشكلة بالفعل مع نظام تشغيل macOS 10.13.2 الذي أصدر في 6 كانون الأول 2017, أجهزة Chromebooks بنظام تشغيل ChromeOS 63 الذي أصدر في منتصف كانون الأول محمية بالفعل, والإصلاحات متاحة أيضاً لكيرنل لينيكس.
بالإضافة إلى ذلك أصدرت Intel تحديثاً للمعالجات (Microcode update) يتم توصيله عبر تحديث البيوس BIOS أو UEFI لتمكين الحماية الكاملة ضد واحدة من الهجمات التي تستغل ثغرة Spectre ولكن تبين أن التحديث يحوي أخطاء تسببت بإعادة تشغيل تلقائية للأنظمة ومشاكل أخرى اضطرت كل من Microsoft و Intel إلى إصدار تحديث جديد. تجد التفاصيل الكاملة في هذه المقالة.
الإصلاح البرمجي سيسد ثغرة Meltdown وبعض الإصلاحات تستطيع المساعدة في تخفيف ثغرة Spectre, ولكنها على الأرجح ستستمر بالتأثير على جميع المعالجات الحديثة-بشكل أو بآخر- حتى يتم إصدار عتاد جديد لحلها. ومن غير الواضح كيف سيتعامل المصنعون معها.
لكن في الوقت الحالي كل ما يمكنك القيام به هو الاستمرار في استخدام حاسوبك.