นวัตกรรมด้านความปลอดภัยล่าสุดของ Apple คือ Memory Integrity Enforcement (MIE) ได้จุดประกายการถกเถียงอย่างเข้มข้นในชุมชนเทคโนโลยีเกี่ยวกับความสมดุลระหว่างความปลอดภัยของอุปกรณ์และเสรีภาพของผู้ใช้ เทคโนโลยีนี้ที่ Apple อ้างว่าเป็นการอัปเกรดที่สำคัญที่สุดด้านความปลอดภัยของหน่วยความจำในประวัติศาสตร์ของระบบปฏิบัติการสำหรับผู้บริโภค ใช้การป้องกันระดับฮาร์ดแวร์เพื่อป้องกันการโจมตีแบบ memory corruption ที่เป็นปัญหาของระบบคอมพิวเตอร์มาเป็นทศวรรษ
ข้อมูลจำเพาะทางเทคนิคของ MIE :
- ใช้แท็กหน่วยความจำแบบ 4-bit (ความน่าจะเป็น 1/16 สำหรับผู้โจมตี)
- การบังคับใช้แบบซิงโครนัส (ระบบจะหยุดทำงานทันทีเมื่อมีการละเมิด)
- พร้อมใช้งานบน iPhone 15 และ iPhone 15 Pro (ชิป A17 Pro )
- ปกป้องเคอร์เนลและกระบวนการของเคอร์เนลมากกว่า 70 กระบวนการ
- สร้างขึ้นบนพื้นฐานของ Enhanced Memory Tagging Extension ( eMTE )
ความสำเร็จทางเทคนิคเทียบกับข้อจำกัดในทางปฏิบัติ
ชุมชนได้ตอบสนองด้วยทั้งความชื่นชมและความสงสัยต่อความสำเร็จทางเทคนิคของ Apple ผู้เชี่ยวชาญด้านความปลอดภัยประทับใจเป็นพิเศษกับกลไก synchronous enforcement ที่หยุดความพยายามในการเข้าถึงหน่วยความจำที่เป็นอันตรายทันทีแทนที่จะตรวจสอบในภายหลัง แนวทางนี้แก้ไขจุดอ่อนสำคัญในเทคโนโลยีที่คล้ายกันอย่าง Memory Tagging Extension (MTE) ของ Android ที่การโจมตีสามารถผ่านไปได้ในช่วงเวลาที่มีการหน่วงระหว่างการตรวจจับและการตอบสนอง
อย่างไรก็ตาม นักวิจัยด้านความปลอดภัยที่มีประสบการณ์ชี้ให้เห็นว่าฟีเจอร์ความปลอดภัยของ Apple ในอดีต รวมถึง Pointer Authentication Codes (PAC) ได้ถูกผู้โจมตีที่มุ่งมั่นหาทางเลี่ยงไปแล้ว ความกังวลคือแม้ว่า MIE จะยกระดับมาตรฐานขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ แต่ผู้โจมตีที่มีความซับซ้อนจะปรับวิธีการของพวกเขาเมื่อเวลาผ่านไป
Memory Tagging Extension: ฟีเจอร์ฮาร์ดแวร์ที่กำหนดแท็กลับให้กับการจัดสรรหน่วยความจำและตรวจสอบแท็กเหล่านี้ในทุกการเข้าถึง Pointer Authentication Codes: ฟีเจอร์ความปลอดภัยที่เซ็นชื่อที่อยู่ return ด้วยการเข้ารหัสเพื่อป้องกันการโจมตีแบบ code injection
การเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีคู่แข่ง:
| คุณสมบัติ | Apple MIE | Android MTE | CHERI |
|---|---|---|---|
| การบังคับใช้ | แบบซิงโครนัส | แบบอะซิงโครนัส | แบบซิงโครนัส |
| การใช้งาน | ใช้งานจริง ( iPhone 15+ ) | จำกัดเฉพาะการเลือกใช้ | วิจัย/ต้นแบบ |
| ขนาด Tag | 4-bit | 4-bit | 129-bit capabilities |
| การเปลี่ยนแปลงสถาปัตยกรรม | ปานกลาง | น้อยที่สุด | อย่างกว้างขวาง |
| ผลกระทบต่อประสิทธิภาพ | น้อยที่สุด | ต่ำ | มีนัยสำคัญ |
เกมแห่งความน่าจะเป็น
หนึ่งในแง่มุมที่น่าสนใจที่สุดของการถกเถียงในชุมชนเป็นเรื่องลักษณะความน่าจะเป็นของ MIE ระบบใช้แท็ก 4 บิต หมายความว่าผู้โจมตีมีโอกาสเพียง 1 ใน 16 ในการเดาแท็กที่ถูกต้องสำหรับการเข้าถึงหน่วยความจำใดๆ แม้ว่านี่อาจดูเหมือนเป็นช่องโหว่ แต่การบังคับใช้แบบ synchronous หมายความว่าความพยายามที่ล้มเหลวจะทำให้แอปพลิเคชันขัดข้องทันที ทำให้การโจมตีซ้ำๆ เห็นได้ชัดและไม่สามารถใช้งานได้
แนวทางความน่าจะเป็นนี้ได้จุดประกายการถกเถียงว่าเพียงพอหรือไม่ต่อผู้โจมตีที่มุ่งมั่นซึ่งอาจหาวิธีพยายามใช้ exploit หลายๆ ครั้ง ฉันทามติดูเหมือนจะเป็นว่าแม้จะไม่สมบูรณ์แบบ แต่การรวมกันของความน่าจะเป็นที่ต่ำและการตรวจจับทันทีทำให้การโจมตี memory corruption แบบดั้งเดิมยากมากที่จะดำเนินการได้อย่างน่าเชื่อถือ
 |
|---|
| ภาพประกอบการจัดการหน่วยความจำที่แก้ไขช่องโหว่การเข้าถึง use-after-free ในระบบ |
การแลกเปลี่ยนระหว่างเสรีภาพกับความปลอดภัย
บางทีการถกเถียงที่ร้อนแรงที่สุดเกี่ยวข้องกับผลกระทบที่กว้างขึ้นของฮาร์ดแวร์ที่ถูกล็อกลงมากขึ้นเรื่อยๆ สมาชิกบางคนในชุมชนแสดงความกังวลว่าเทคโนโลยีอย่าง MIE แม้จะเป็นประโยชน์ต่อความปลอดภัย แต่ยิ่งจำกัดความสามารถของผู้ใช้ในการปรับแต่งและดัดแปลงอุปกรณ์ของตน ความกังวลคือเมื่อมาตรการความปลอดภัยมีความซับซ้อนมากขึ้น คอมพิวเตอร์อเนกประสงค์กำลังกลายเป็นเหมือนเทอร์มินัลธนาคารที่ถูกล็อกลง
นี่เป็นสิ่งที่ตรงข้ามกับการใช้คอมพิวเตอร์ที่สนุก นี่คือการใช้คอมพิวเตอร์เชิงพาณิชย์ที่มีกรณีการใช้งานเดียวคือการทำให้แน่ใจว่าผู้คนสามารถส่ง/รับเงินผ่านคอมพิวเตอร์ของพวกเขาได้อย่างปลอดภัย
คนอื่นๆ โต้แย้งว่าการแลกเปลี่ยนนี้จำเป็นและเป็นประโยชน์สำหรับผู้ใช้ส่วนใหญ่ที่ให้ความสำคัญกับความปลอดภัยมากกว่าความสามารถในการปรับแต่งหน่วยความจำของระบบ การถกเถียงสะท้อนความตึงเครียดพื้นฐานในการใช้คอมพิวเตอร์สมัยใหม่ระหว่างการเข้าถึงได้สำหรับผู้ใช้ขั้นสูงและการป้องกันสำหรับประชาชนทั่วไป
ผลกระทบต่ออุตสาหกรรมและทิศทางในอนาคต
ชุมชนเทคนิคกำลังติดตามอย่างใกล้ชิดว่า MIE เปรียบเทียบกับแนวทางทางเลือกอย่าง CHERI (Capability Hardware Enhanced RISC Instructions) ซึ่งเป็นสถาปัตยกรรมความปลอดภัยที่ครอบคลุมมากขึ้นแต่ซับซ้อนกว่า แม้ว่า CHERI จะให้การรับประกันที่แข็งแกร่งกว่า แต่การนำ MIE ไปใช้จริงในอุปกรณ์หลายล้านเครื่องถือเป็นความสำเร็จในโลกแห่งความจริงที่สำคัญซึ่ง CHERI ยังไม่สามารถทำได้
การถกเถียงยังเผยให้เห็นข้อมูลเชิงลึกที่น่าสนใจเกี่ยวกับเศรษฐศาสตร์ของการโจมตีที่ซับซ้อน ผู้เชี่ยวชาญด้านความปลอดภัยสังเกตว่าประสิทธิภาพของ MIE ต่อ mercenary spyware - เครื่องมือโจมตีที่แพงและได้รับการสนับสนุนจากรัฐ - อาจบังคับให้ผู้โจมตีต้องพึ่งพา social engineering และการเข้าถึงทางกายภาพมากกว่าการใช้ประโยชน์จากระยะไกล
CHERI: โครงการวิจัยที่ใช้ความสามารถพิเศษของฮาร์ดแวร์เพื่อให้การป้องกันหน่วยความจำอย่างครอบคลุม แต่ต้องการการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในสถาปัตยกรรมซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์
องค์ประกอบสถาปัตยกรรมความปลอดภัย:
- ตัวจัดสรรหน่วยความจำแบบปลอดภัย ( malloc_type , zone malloc , WebKit's IsoHeap )
- Enhanced Memory Tagging Extension ( eMTE ) ในโหมดซิงโครนัส
- นโยบาย Tag Confidentiality Enforcement
- การป้องกัน Spectre v1 ด้วย "ต้นทุน CPU เกือบเป็นศูนย์"
- การผสานรวมกับ Pointer Authentication Codes ( PAC ) ที่มีอยู่เดิม
บทสรุป
Memory Integrity Enforcement ของ Apple เป็นก้าวสำคัญไปข้างหน้าในความปลอดภัยที่ช่วยเหลือด้วยฮาร์ดแวร์ แต่การตอบสนองของชุมชนเน้นให้เห็นการแลกเปลี่ยนที่ซับซ้อนที่เกี่ยวข้องในความปลอดภัยของการใช้คอมพิวเตอร์สมัยใหม่ แม้ว่าเทคโนโลยีนี้ดูเหมือนจะแก้ไขเวกเตอร์การโจมตีแบบดั้งเดิมหลายรูปแบบได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่คำถามยังคงอยู่เกี่ยวกับประสิทธิภาพระยะยาวต่อผู้โจมตีที่ปรับตัวได้และผลกระทบที่กว้างขึ้นต่อเสรีภาพในการใช้คอมพิวเตอร์ เมื่อผู้ผลิตรายอื่นพิจารณาแนวทางที่คล้ายกัน ความสมดุลระหว่างความปลอดภัยและความเปิดกว้างน่าจะยังคงเป็นธีมหลักในการถกเถียงเทคโนโลยี
อ้างอิง: Memory Integrity Enforcement: A complete vision for memory safety in Apple devices