繼彭博新聞社10月9日更新了其所謂的“中國黑客利用間諜芯片攻擊美科技公司”的報道之后，業(yè)內專家分析認為該事件的真實性越來越離譜。然而，詭譎的是，該事件給各方帶來的負面影響卻越來越大。
“10月4日彭博新聞社報道剛出來的時候，指責所謂‘中國黑客’利用偽裝芯片發(fā)動攻擊的方式，經(jīng)濟上不合理、技術上又太復雜，我是不怎么相信的；10月9日彭博社進一步指摘‘黑客’在網(wǎng)卡接口處隱藏‘間諜芯片’，卻又沒有證據(jù)來證實這一點。”360集團技術總裁兼首席安全官譚曉生在接受《中國科學報》專訪時說，彭博社前后兩次報道提及的“黑客攻擊”非常難以證偽——不可能把彭博社所指摘的所有主板都拆來檢視，但也無法證實——彭博社并沒有拿出實證，且其所取信的信源也沒有可信度。
“總體感覺是被潑了臟水，但又很難自證清白，這就很痛苦了。”譚曉生認為，這種模棱兩可的態(tài)度反而造成了壞的影響。
就在全球的技術專家都在忙著搞清這篇報道真相的同時，美國新聞界和民眾卻開始宣揚保護本國的“供應鏈安全”。如美國《大西洋月刊》和《國會山報》的文章都認為，“即便中國沒有通過硬件入侵美國企業(yè)的服務器主板，彭博社的報道也暴露出了過于依賴中國的電子產(chǎn)品供應鏈條給美國帶來巨大的安全危機”。
然而事實是，沒有哪個產(chǎn)業(yè)比集成電路有著更鮮明的全球化烙印。如果說僅僅依賴中國的供應鏈就要承受“巨大安全危機”，那么無法想象每年進口全球芯片50%以上的中國要承受什么。
硬件安全，易被忽視的問題
“（硬件安全）暴露出來的案例還不多，尚未引起足夠的重視。彭博的這個報道實際上也給我們提了個醒。”中科院計算所研究員、計算機體系結構和芯片研究方向博士生導師韓銀和在接受《中國科學報》記者采訪時說，其實相比于軟件安全、網(wǎng)絡安全、數(shù)據(jù)安全等，硬件安全特別是從關鍵元器件發(fā)動的攻擊，相當于一種新的“降維攻擊”，要高度重視硬件安全的重要性。
譚曉生也告訴記者，芯片的確是攻破安全屏障的一個進攻點，而且因為它在最底層，如果有預置后門或埋了木馬，幕后操縱者可以“一層層地向上打”。如果對這種攻擊方式不甚了解的話，被攻擊方很難察覺。
而從硬件出發(fā)，黑客可能從芯片層、電路板層、固件層發(fā)動攻擊。
譚曉生介紹說，芯片級的主動攻擊，可以做到與正常芯片外觀、管腳、封裝等都一樣，但芯片內部電路被篡改。這種通過篡改原始集成電路設計，植入完成特殊功能的邏輯，業(yè)內稱為芯片木馬或者硬件木馬。在滿足一定條件的時候（如反復執(zhí)行某個指令引起狀態(tài)反轉），木馬會被喚醒，進而實施改變功能、竊取信息、物理摧毀、協(xié)助軟件木馬控制系統(tǒng)等攻擊行為。
韓銀和對記者說，2016年美國密歇根大學研究人員在IEEE安全領域頂級會議之一IEEE隱私與安全大會上已經(jīng)證實，在芯片制造過程中可以植入硬件木馬。在這次大會上，研究人員公開了一種只需要幾十個門電路（整個芯片大概為幾十億個門級）的超小型硬件木馬，這種木馬可通過運行一系列“看上去完全無害的命令”觸發(fā)處理器某項功能進而獲得操作系統(tǒng)完整權限，危害極大。
更值得擔憂的是，韓銀和指出，該芯片木馬只要芯片制造工廠中的一位員工就能進完成植入，而且基本無法通過任何現(xiàn)代硬件安全分析手段檢測出來。
類似的，與芯片共同構成電路邏輯的電路板乃至執(zhí)行某個特定功能的固件（介于軟硬件之間），都有可能被植入惡意邏輯，這些同樣非常難以發(fā)現(xiàn)。
“限于工藝能力，中國許多芯片在境內設計、在海外流片，在流片的過程中，如果有別有用心者對芯片做了手腳，檢測起來也是非常難的。”譚曉生告訴記者，從這個角度來講，對于供應鏈安全，中國才是最該擔心的。
韓銀和更是直言，硬件木馬對于我國威脅更大：一方面該木馬可以在制造階段插入，由于半導體高端制造環(huán)節(jié)都在國外，這一隱患更大；另一方面，現(xiàn)有高性能芯片是非常好的硬件木馬宿主，而我國無論是高端信息服務業(yè)和重要行業(yè)，每年都從美國進口大量的高端處理器。
中國如何應對硬件安全？
中國是全球最大的芯片進口國，全世界50%以上的芯片進口到中國。
海關總署公開信息顯示，2017年中國集成電路進口量高達3770億片，同比增長10.1%；進口額為2601億美元（約合17561億元），同比增長14.6%。集成電路進口額占中國總進口額的14.1%。
隨著智能物聯(lián)網(wǎng)設備的爆發(fā)式增長，中國未來只會進口更多的芯片。而隨著更多的設計者、生產(chǎn)者進入芯片產(chǎn)業(yè)鏈條，幾家大公司壟斷的格局也將被打破。當“企業(yè)信譽”變得更為復雜，則意味著供應鏈全流程中安全漏洞更多，甚至可能產(chǎn)生與軟件領域那龐大的黑灰產(chǎn)業(yè)。在此背景下，中國如何對硬件安全挑戰(zhàn)？
“安全問題不可能完全杜絕，至少現(xiàn)在從理論上沒有絕對安全的計算機系統(tǒng)，只是攻防難度不同。”中科院計算所研究員、先進計算機系統(tǒng)研究中心主任包云崗在接受《中國科學報》記者采訪時提出，就像我們追求健康一樣，要有適當?shù)氖侄蝸矸乐埂安∪敫嚯痢保翰皇墙^對不生病，而是病痛來臨之時能防能治。
投射到硬件安全方面，就是要找到性價比最高的安全保障方案——花合理的錢保障足夠的安全。怎么做到這一點？“個人觀點，更重要的是構建免疫系統(tǒng)，就是有未知入侵，也能很快識別，并快速響應減少危害，形成免疫。”
問題是，怎么構建這個免疫系統(tǒng)。
“這就需要核心技術了。”包云崗說，可以參考人體的免疫系統(tǒng)來研究相應的一整套技術系統(tǒng)，比如類似B細胞的識別入侵機制、T細胞的有效殺死病毒；當B細胞和T細胞被激活后，會形成免疫記憶等。
在韓銀和看來，上述提到的“免疫系統(tǒng)”應該既包括“防”又包括“攻”。
“相關技術體系的構建也不能僅僅關注防守，也要重視‘攻’的技術，‘攻’的技術進步可以大大提升防守的能力。”韓銀和對記者說，美國在這方面非常重視，而且有可能有成體系發(fā)展“芯片武器”的計劃。相比而言，我們的研究還不夠系統(tǒng)。
同時，韓銀和還提示，面對潛在的硬件安全挑戰(zhàn)，我國還應該建立健全供應鏈安全管理體系。“企業(yè)作為主體，建立關鍵元器件和系統(tǒng)可信審計制度，建立對芯片制作全過程的跟蹤體系，避免偽制和過程中的惡意電路添加。”
現(xiàn)有技術能防御幾多
硬件安全威脅重大，目前對其也并非完全束手無策。譚曉生告訴記者，芯片安全保護除了硬件檢測外，還可以利用已有的網(wǎng)絡安全技術實施防御。
“不論是芯片級、主板級還是固件級的攻擊，它就算隱藏起來，也始終是一個‘壞人’。壞人總得干‘壞事’，而只要它干‘壞事’，就一定會留下一些行為上的特征：如功耗變大、網(wǎng)絡流量異常、行為異常等。”譚曉生對記者說，通過一項名為邊信道檢測的技術，就可以檢測到電流、噪聲、電磁等的變化。
此外，通過網(wǎng)絡行為檢測和應用程序檢測等多維度信息的收集，就會有更高概率發(fā)現(xiàn)惡意程序造成的機器異常，進而分析機器運行的程序是正常程序還是木馬。
“這其實就是攻防維度之爭。攻擊者能控制多少維度、防御者能控制多少維度，二者對比可見高下。如果說作為防御者，有一些維度是攻擊者無法控制的，那么就有可能通過這些維度檢測到攻擊者。”譚曉生說。
360網(wǎng)絡攻防實驗室負責人林偉介紹稱，360今年發(fā)布的“安全大腦”就是這樣一種理念：在無法判斷哪些行為是攻擊的情況下，盡量多地對行為和數(shù)據(jù)進行記錄，然后對這些海量數(shù)據(jù)進行存儲、分析、挖掘和關聯(lián)，并配合人工智能技術，快速發(fā)現(xiàn)高級威脅。
“網(wǎng)絡安全領域有個理念叫做‘零信任’，說白了就是‘啥都不能信’。在整個安全防御體系里，相信什么，可能就會‘死’在什么上面。”譚曉生對記者說，追求“零信任”，其實是追求全維度的分析檢測，這需要大量的存儲、計算和分析。所幸，隨著近年來計算和存儲成本的下降，“安全的錢舍得花了”。
不過，韓銀和認為，要應對硬件安全挑戰(zhàn)，我國在科研上還應圍繞硬件安全組織開展方方面面的研究。
“國內已經(jīng)有一些研究團隊開始關注芯片安全的問題。中科院計算所在幾年前成立集成電路安全團隊，并已經(jīng)取得了一些突破性的工作。但相對于國外研究，我們起步晚了一點。”韓銀和說，由于硬件安全的危害性還沒有完全展現(xiàn)出來，所以目前我國投入和重視程度都不足。
“這體現(xiàn)在研究上系統(tǒng)性不足，成果的核心技術主要集中在一些點的技術上，而且偏重于‘檢’和‘防’的技術，而芯片木馬‘攻’的技術也很重要，只有建立完整的“攻—檢—防”技術體系，才能綜合發(fā)揮作用。”韓銀和說。
摘自《中國科學報》
